读者-写者问题

1 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任一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。

2 问题分析

1. 关系分析。找出题目中描述的各个进程，分析它们之间的同步、互斥关系。

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。

2. 整理思路。根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致顺序

1. 写者与任何进程互斥，用互斥信号量的PV操作即可解决，读者问题较为复杂，它必须在实现与写者互斥的同时实现与其他读者的同步，因此一对简单的PV操作是无法解决问题；
2. 这里用到一个计数器，用它判断当前是否有读者读文件，当有读者时，写者无法写文件，此时读者一直占用文件，当没有读者时，写者才可以写文件；
3. 同时不同读者对计数器的访问也是互斥的。

4. 设置信号量。设置需要的信号量，并根据题目条件确定信号量初值。（互斥信号量初值一般为1，同步信号量的初始值要看对应资源的初始值是多少）

semaphore rw=1; //用于保证读者和写者对共享文件的互斥访问 
int count = 0; //用于记录当前有几个读进程访问在共享文件 
semaphore mutex = 1;//用于保证对count数量的互斥访问

3 代码实现

semaphore rw=1;       //用于保证读者和写者对共享文件的互斥访问 
int count = 0;        //用于记录当前有几个读进程访问在共享文件 
semaphore mutex = 1;  //用于保证对count数量的互斥访问

writer(){
	whlie(1){
       P（rw）;      //互斥访问共享文件
       写入；
       V（rw）；     //释放共享文件
   }
}

reader(){
    whlie(1){
        P(mutex)             //互斥访问count变量
        if(count==0)
            P（rw）；       //阻止写进程写入
        count++;
        V（mutex）；    //释放互斥变量count
        读取;
        P（mutex）;     //互斥访问count变量
        count--；
        if(count==0)      //当最后一个读进程读完共享文件
            V（rw）;     //允许写进程写
         V(mutex);    //释放互斥变量count       
    }
}

分析：上述代码中读进程优先，即当存在读进程时，写操作将会被延迟，且只要有一个读进程活跃，随后而至的读进程都将会被允许访问文件，这样的方式会导致写进程可能长时间等待，且存在写进程饿死情况

若希望写进程优先，即当有读进程正在访问共享文件时，有写进程请求访问，这是应禁止后续读进程的请求，等到已在共享文件中的读进程执行完毕，立即让写进程执行，只有在无写进程执行的情况下才允许读进程再次运行。
为此，增加一个信号量并在上面程序的writer()和reader()函数中各增加一对PV操作，即可得到写进程优先的解决程序。

semaphore rw=1;       //用于保证读者和写者对共享文件的互斥访问 
int count = 0;        //用于记录当前有几个读进程访问在共享文件 
semaphore mutex = 1;  //用于保证对count数量的互斥访问
semaphore w=1;        //实现写进程优先

writer(){
	whlie(1){
	   P（w）;       //在无写进程请求时进入
       P（rw）;      //互斥访问共享文件
       写入；
       V（rw）；     //释放共享文件
       V（w）;       //恢复对共享文件的访问
   }
}

reader(){
    whlie(1){
        P（w）;       //在无写进程请求时进入
        P(mutex)          //互斥访问count变量
        if(count==0)
            P（rw）；     //阻止写进程写入
        count++;
        V（mutex）；    //释放互斥变量count
        V（w）;       //恢复对共享文件的访问
        读取;
        P（mutex）;     //互斥访问count变量
        count--；
        if(count==0)      //当最后一个读进程读完共享文件
            V（rw）;     //允许写进程写
         V(mutex);    //释放互斥变量count       
    }
}

读者-写者问题为我们解决复杂的互斥问题提供了一个参考思路
其核心思想在于设置一个计数器count用来记录当前正在访问共享文件的读进程数。我们可以用count值来判断当前进入的进程是否谁第一个/最后一个读进程，从而做出不同的处理

另外，对count变量的检查和赋值不能一气呵成会导致一些错误，若需要实现一气呵成，自然需要设置互斥信号量
最后还需认真体会如何解决“写进程饥饿”问题