PV操作实现三种读写锁

Flying_Dutchmann

于 2024-09-23 00:25:17 发布

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文章标签：算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Flying_Dutchmann/article/details/142446871

认识PV

先来了解PV操作是如何实现对共享资源区加锁的，直接上代码：

void P(sem_t *s){//信号量S表示资源的数量，设置为1可以控制互斥访问，0可以控制同步访问，多个资源待分配可以设置为N
    s->sem--;
    if(s->sem<0){
        1.保留调用线程CPU的现场；
        2.将该线程TCB插入S的等待队列
        3.将该线程设置为等待状态
        4.执行调度程序
    }
}

void V(sem_t *s){
    s->sem++;
    if(s->sem<=0){
        1.移出S等待队列队首元素
        2.将该线程TCB插入就绪队列
        3.设置该线程为就绪状态
    }
}

PV操作必须成对出现，一个P对应一个V，将操作共享区的代码置于PV之间就可以实现锁。

读优先锁

方案一：读者优先

信号量：wMutex:控制写而操作的互斥信号量
信号量：rCountMutex对读者计数器的互斥修改

void writer(){
    while(TRUE){
        P(wMutex);
        write();
        V(wMutex);
    }
}

void reader(){
    while(TRUE){
        P(rCountMutex);
        if(rCount==0){
            P(wMutex);
        }
        rCount++;
        V(rCountMutex);
        
        read();
        
        P(rCountMutex);
        rCount--;
        if(rCount==0){
            V(wMutex);
        }
        V(rCountMutex);
    }
}

读者优先的策略，只要有读者读，后续读者可以直接进入，读者持续不断，写者处于饥饿状态

写优先锁

方案二：写者优先

rMutex:控制读者进入的互斥信号量，初值为1
wDataMutex：控制写者写操作的信号量，初值为1
wCount：写者计数，初值0
wCountMutex：控制wCount互斥修改，初值1

void writer(){
    while(TRUE){
        P(wCountMutex);
        if(wCount==0){
            P(rMutex);//第一个写阻塞后续的读操作进入
        }
        wCount++;
        V(wCountMutex);
        
        P(wDataMutex);//写操作互斥
        write();
        V(wDataMutex);
        
        P(wCountMutex);
        wCount--;
        if(wCount==0){
            V(rMutex);//最后一个写离开，唤醒读者
        }
        V(vCountMutex);
    }
}

void reader(){
    while(TRUE){
        P(rMutex);
        P(rCountMutex);
        if(rCount==0){
			P(wDataMutex);//第一个读者进入，阻塞后续写操作
        }
        rCount++;
        V(rCountMutex);
        V(rMutex);/只起到控制读者进入的作用
        
        read();
        
        P(rCountMutex);
        rCount--;
        if(rCount==0){
            V(wDataMutex);/没有读者就唤醒写
        }
        V(rCountMutex);
    }
}

这里rMutex的作用，开始有多个读者读取数据，全部进入读者队列，来了一个写者，执行P(rMutex)之后，后续读者就进入rMutex的TCB阻塞队列上，不能进入读者队列，写者到来则可以进入写者队列，实现写优先，同时第一个写不能马上开始，要等到全部读者读完，通过V(wDataMutex)唤醒写者线程

公平锁

方案三：公平策略

void writer(){
    while(TRUE){
        P(flag);//将读和写
        P(wDataMutex);
        write();
        V(wDataMutex);
        V(flag);
    }
}

void reader(){
    while(TRUE){
        P(flag);
        P(rCountMutex);
        if(rCount==0){
            P(wDataMutex);
        }
        rCount++;
        V(rCountMutex);
        V(flag);
        
        read();
        
        P(rCountMutex);
        rCount--;
        if(rCount==0){
            V(wDataMutex);
        }
        V(rCountMutex);
    }
}