进程同步的经典问题1——读者写者问题（写者优先与公平竞争）

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读者-写者问题 写者优先与公平竞争

多进程对共享资源互斥访问及进程同步的经典问题

 

设有一文件F，多个并发读进程和写进程都要访问，要求：

(1)读写互斥

(2)写写互斥

(3)允许多个读进程同时访问

采用记录型信号量机制解决

 

较常见的写法：

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semaphore fmutex=1, rdcntmutex=1;
//fmutex --> access to file; rdcntmutex --> access to readcount
int readcount = 0;
void reader(){
    while(1){
        wait(rdcntmutex);
        if(0 == readcount)wait(fmutex);
        readcount = readcount + 1;
        signal(rdcntmutex);
        //Do read operation ...
        wait(rdcntmutex);
        readcount = readcount - 1;
        if(0 == readcount)signal(fmutex);
        signal(rdcntmutex);
    }
}
void writer(){
    while(1){
        wait(fmutex);
        //Do write operation ...
        signal(fmutex);
    }
}

---

读进程只要看到有其他读进程正在访问文件，就可以继续作读访问；写进程必须等待所有读进程都不访问时才能写文件，即使写进程可能比一些读进程更早提出申请。所以以上解法实际是 读者优先 的解法。如果在读访问非常频繁的场合，有可能造成写进程一直无法访问文件的局面....

 

为了解决以上问题，需要提高写进程的优先级。这里另增加一个排队信号量：queue。读写进程访问文件前都要在此信号量上排队，通过区别对待读写进程便可达到提高写进程优先级的目的。另外再增加一个 writecount 以记录提出写访问申请和正在写的进程总数：

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semaphore fmutex=1, rdcntmutex=1, wtcntmutex=1, queue=1;
//fmutex --> access to file; rdcntmutex --> access to readcount

//wtcntmutex --> access to writecount
int readcount = 0, writecount = 0;
void reader(){
    while(1){
        wait(queue);
        wait(rdcntmutex);
        if(0 == readcount)wait(fmutex);
        readcount = readcount + 1;
        signal(rdcntmutex);
        signal(queue);
        //Do read operation ...
        wait(rdcntmutex);
        readcount = readcount - 1;
        if(0 == readcount)signal(fmutex);
        signal(rdcntmutex);
    }
}
void writer(){
    while(1){
        wait(wtcntmutex);
        if(0 == writecount)wait(queue);
        writecount = writecount + 1;
        signal(wtcntmutex);
        wait(fmutex);
        //Do write operation ...
        signal(fmutex);
        wait(wtcntmutex);
        writecount = writecount - 1;
        if(0 == writecount)signal(queue);
        signal(wtcntmutex);
    }
}

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每个读进程最开始都要申请一下 queue 信号量，之后在真正做读操作前即让出(使得写进程可以随时申请到 queue)。而只有第一个写进程需要申请 queue，之后就一直占着不放了，直到所有写进程都完成后才让出。等于只要有写进程提出申请就禁止读进程排队，变相提高了写进程的优先级。

 

通过类似思想即可实现读写进程的公平竞争：

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semaphore fmutex=1, rdcntmutex=1, queue=1;
//fmutex --> access to file; rdcntmutex --> access to readcount
int readcount = 0;
void reader(){
    while(1){
        wait(queue);
        wait(rdcntmutex);
        if(0 == readcount)wait(fmutex);
        readcount = readcount + 1;
        signal(rdcntmutex);
        signal(queue);
        //Do read operation ...
        wait(rdcntmutex);
        readcount = readcount - 1;
        if(0 == readcount)signal(fmutex);
        signal(rdcntmutex);
    }
}
void writer(){
    while(1){
        wait(queue);
        wait(fmutex);

        signal(queue);
        //Do write operation ...
        signal(fmutex);

    }
}

---

读进程没变，写进程变成在每次写操作前都要等待 queue 信号量。

 

课本上一般只会写第一种解法吧。看了后两种方法即可发现，在第一个解法中，fmutex 信号量实际是双重身份，首先实现对文件的互斥访问，其次起到了和后面排队信号量 queue 相同的作用，只不过在那种排序下只能是读者优先。如果直接看过后两种解法，应该会有更清楚的理解吧。