读者-写者问题

问题描述

有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或两个以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。

因此要求：

1. 允许多个读者可以同时对文件执行读操作；

2. 只允许一个写者往文件中写信息；

3. 任二写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；

4. 写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。

问题分析

两类进程：写进程、读进程

互斥关系：写进程一写进程、写进程一读进程。读进程与读进程不存在互斥问题。

写者进程和任何进程都互斥，设置一个互斥信号量rW，在写者访问共享文件前后分别执行P、V操作。

读者进程和写者进程也要互斥，因此读者访问共享文件前后也要对rw执行P、V操作。

如果所有读者进程在访问共享文件之前都执行P(rw)操作，那么会导致各个读进程之间也无法同时访问文件。

P(rw)和V(rw)其实就是对共享文件的“加锁”和“解锁”。既然各个读进程需要同时访问，而读进程与写进程又必须互斥访问，那么我们可以让第一个访问文件的读进程“加锁”，让最后一个访问完文件的读进程“解锁”。可以设置一个整数变量count来记录当前有几个读进程在访问文件。

如何实现

semaphore rw= 1 ; // 用于实现对文件的互斥访问。表示当前是否有进程在访问共享文件
int count = 0; // 记录当前有几个读进程在访问文件
semaphore mutex = 1; // 用于保证对count变量的互斥访问

writer() {
    while (1) {
        P(rw); // 写之前“加锁”
        写文件...
        V(rw); // 写之后“解锁”
    }
}

reader() {
    while(1) {
        P(mutex); // 各读进程互访问count
        if(count == 0)
            P(rw); // 第一个读进程负责"加锁”
        count++; // 访问文件的读进程数+1
        V(mutex);
        读文件...
        P(mutex); // 各读进程互斥访问count
        count--; // 访问文件的读进程数-1
        if(count == 0)
            V(rw); // 最后一个读进程负责"解锁”
        V(mutex);
    }
}

潜在的问题：只要有读进程还在读，写进程就要一直阻塞等待，可能“饿死”。因此，这种算法中，读进程是优先的。

semaphore rw= 1 ; // 用于实现对文件的互斥访问。表示当前是否有进程在访问共享文件
int count = 0; // 记录当前有几个读进程在访问文件
semaphore mutex = 1; // 用于保证对count变量的互斥访问
semaphore w = 1; // 用于实现“写优先”

writer() {
    while (1) {
        P(w);
        P(rw); // 写之前“加锁”
        写文件...
        V(rw); // 写之后“解锁”
        V(w);
    }
}

reader() {
    while(1) {
        P(w);
        P(mutex); // 各读进程互访问count
        if(count == 0)
            P(rw); // 第一个读进程负责"加锁”
        count++; // 访问文件的读进程数+1
        V(mutex);
        V(w);
        读文件...
        P(mutex); // 各读进程互斥访问count
        count--; // 访问文件的读进程数-1
        if(count == 0)
            V(rw); // 最后一个读进程负责"解锁”
        V(mutex);
    }
}

结论：在这种算法中，连续进入的多个读者可以同时读文件；写者和其他进程不能同时访问文件；写者不会饥饿，但也并不是真正的“写优先”，而是相对公平的先来先服务原则。