读者-写者问题

读者写者是一个非常著名的同步问题。读者写者问题描述非常简单，有一个写者很多读者，多个读者可以同时读文件，但写者在写文件时不允许有读者在读文件，同样有读者在读文件时写者也不去能写文件。

用图来表示的话

<img src="http://img.blog.csdn.net/20161105153744134?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQv/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="" style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);" />

恩，就是这样

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。

问题分析

1) 关系分析。由题目分析读者和写者是互斥的，写者和写者也是互斥的，而读者和读者不存在互斥问题。

2) 整理思路。两个进程，即读者和写者。写者是比较简单的，它和任何进程互斥，用互斥信号量的P操作、V操作即可解决。读者的问题比较复杂，它必须实现与写者互斥的同时还要实现与其他读者的同步，因此，仅仅简单的一对P操作、V操作是无法解决的。那么，在这里用到了一个计数器，用它来判断当前是否有读者读文件。当有读者的时候写者是无法写文件的，此时读者会一直占用文件，当没有读者的时候写者才可以写文件。同时这里不同读者对计数器的访问也应该是互斥的。

3) 信号量设置。首先设置信号量count为计数器，用来记录当前读者数量，初值为0; 设置mutex为互斥信号量，用于保护更新count变量时的互斥；设置互斥信号量rw用于保证读者和写者的互斥访问。

读者优先算法

int count=0;  //用于记录当前的读者数量semaphore mutex=1;  //用于保护更新count变量时的互斥semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件writer () {  //写者进程    while (1){        P(rw); // 互斥访问共享文件        Writing;  //写入        V(rw) ;  //释放共享文件    }}reader () {  // 读者进程    while(1){        P (mutex) ;  //互斥访问count变量        if (count==0)  //当第一个读进程读共享文件时            P(rw);  //阻止写进程写        count++;  //读者计数器加1        V (mutex) ;  //释放互斥变量count        reading;  //读取        P (mutex) ;  //互斥访问count变量        count--; //读者计数器减1        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    }}

在上面的算法中，读进程是优先的，也就是说，当存在读进程时，写操作将被延迟，并且只要有一个读进程活跃，随后而来的读进程都将被允许访问文件。这样的方式下，会导致写进程可能长时间等待，且存在写进程“饿死”的情况。

如果希望写进程优先，即当有读进程正在读共享文件时，有写进程请求访问，这时应禁止后续读进程的请求，等待到已在共享文件的读进程执行完毕则立即让写进程执行，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，增加一个信号量并且在上面的程序中 writer()和reader()函数中各增加一对PV操作，就可以得到写进程优先的解决程序。

写者优先算法

int count = 0;  //用于记录当前的读者数量semaphore mutex = 1;  //用于保护更新count变量时的互斥semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件semaphore w=1;  //用于实现“写优先”writer(){    while(1){        P(w);  //在无写进程请求时进入        P(rw);  //互斥访问共享文件        writing;  //写入        V(rw);  // 释放共享文件        V(w) ;  //恢复对共享支件的访问    }}reader () {  //读者进程    while (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)  //当第一个读进程读共享文件时            P(rw);  //阻止写进程写        count++;  //读者计数器加1        V (mutex) ;  //释放互斥变量count        V(w);  //恢复对共享文件的访问        reading;  //读取        P (mutex) ; //互斥访问count变量        count--;  //读者计数器减1        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 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：

---

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：

---

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);
    }
}

---

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：

---

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。

接下来转载开源中国的博客内容，直接放链接http://www.oschina.net/code/snippet_180916_7505#11942

同时再放一个链接http://www.cnblogs.com/rocketfan/archive/2009/07/28/1533194.html
最后一个链接http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7596034

详细的读者-写者问题解决会放在作业里面给出