《操作系统》-读者-写者问题

什么是读者-写者问题？

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

分析读者-写者问题

互斥关系
写进程和写进程访问共享数据时互斥
写进程和读进程访问共享数据时互斥

如何实现

我们先来看看这种算法

semaphore rw=1; //用于实现对共享文件的互斥访问
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

写者

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

读者

reader (){
while(1){
P(mutex); //各读进程互斥访问count
if(count==0) //由第一个读进程负责
P(rw); //读之前“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) //由最后一个读进程负责
V(rw); //读完了“解锁”
V(mutex);
} }

思考：这种算法是否有缺陷呢？
问题1：若两个读进程并发执行，则count = 0时两个进程也许都能满足if条件 都会执行p(rw),从而使第二个读进程阻塞的情况。那这种问题又该如何解决呢？
首先我们应当分析出现上述问题的主要原因在于对count变量的检查和赋值无法一气呵成，因此可以设置一个互斥信号量来确保对count变量的检查和赋值操作是互斥的。

问题二：读文件可以同时进行，并且会使临界资源的访问互斥，如果有读进程源源不断的进行读文件，那写进程就有可能出现“饿死”的情况，那我们该如何解决这种情况呢？
使算法里面读进程优先即可

算法改进后

semaphore rw=1; //用于实现对共享文件的互斥访问
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”

读者

writer (){
while(1){
P(w);
P(rw);
写文件…
V(rw);
V(w);
} }

写者

reader (){
while(1){
P(w);
P(mutex);
if(count==0)
P(rw);
count++;
V(mutex);
V(w);
读文件…
P(mutex);
count--;
if(count==0)
V(rw);
V(mutex);
} }

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，但也不是真正的“写优先”而是相对公平的先来先服务

读者-写者问题的核心思想在于设置一个计数器count用来记录当前正在访问的读进程数，我们可以用count来判断当前进程是否为第一个或者最后一个读进，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导致了一些错误，如果需要实现“一气呵成”自然要想到互斥信息量
最后，我们还应该认真体会该问题中我们是如何解决“写进程饥饿”问题的