读者 - 写者问题

• 问题描述
• 问题分析
• 记录型信号量解决

• 实现思路
• 代码实现

• 信号量集解决

• 实现思路
• 代码实现

问题描述

一个数据文件或记录，可被多个进程共享，但仅允许进程要么做“读操作”,要么做“写操作“，不允许进程同时进行读写操作。

问题分析

读者到来时：

1. 若没有进程访问临界区，读者可以进入
2. 若有读者在访问临界区，有写者在等待，读者可以进入（读者优先）
3. 若有写者在访问临界区，读者等待

写者到来时：

1. 若没有进程访问临界区，写者可以进入
2. 若有进程在访问临界区，写者等待

总结：

1. 读者与读者之间不互斥（无关系）
2. 读者与写者之间互斥
3. 读者与读者之间互斥

记录型信号量解决

实现思路

• 因为写者进程与其他进程均为互斥关系，故设置互斥信号量：wmutex，来实现写者进程的互斥
• 因为读者进程之间可以同时访问资源，所以可以设置整型变量：readcount，用于记录目前共同访问资源的读者进程数目
• 因为添加：readcount整型变量，其可以同时被一个或多个读者进程访问，故此时readcount成为了临界资源。为了实现readcount的互斥访问，引入互斥信号量：rmutex
• 因为通过分析存在，读者优先的条件，故读者进程对互斥信号量wmutex的影响应该是：读者进程的第一个（readcount == 0）对wmutex进行上锁，读者进程的最后一个（readcount == 0）对wmutex进行解锁

代码实现

semaphore wmutex = 1, rmutex = 1;
int readcount = 0
void reader(){
  do{
    wait(rmutex);  //readcount的互斥访问
    if(readcount == 0)
      //第一个读者进程对wmutex上锁
      wait(wmutex);
    readcount++;
    signal(rmutex);
    ……
    perform read operation;
    ……
    wait(rmutex);
    readcount--;
    if(readcount == 0)
      //最后一个读者进程对wmutex解锁
      signal(wmutex);
    signal(rmutex);
  }while(TRUE);
}
void writer(){
  do{
    wait(wmutex);
    ……
    perform write operation;
    ……
    signal(wmutex);
  }while(TRUE);
}
void main(){
  cobegin;
    writer();
    reader();
  coend;
}

信号量集解决

增加问题难度：限制同时访问资源的读者数目，假设同时最多访问资源的读者数目为RN

实现思路

• 为了实现读者数目的限制，引入信号量L，并对其赋予初值RN。Swait(L, 1, 1)，每次一个读者进程访问，便会使得L减一，最低值不得小于1，便可决定，一次最多只能有RN个读者进程；此操作便可代替readcount的一系列操作
• 引入开关信号量：mx，当mx = 1，表示无写操作，若读进程进入，则不消耗mx，保证其余读者进程可以进入；若写进程进入，消耗mx，当mx = 0，表示正在进行写操作，其余进程均不能进入
• Swait(mx, 1, 1; L, RN, 0)：写者进程的wait，表示目前没有写进程，L = RN 同时也没有任何一个读进程

代码实现

int RN;
semaphore L = RN, mx = 1;
void reader(){
  do{
    Swait(L, 1, 1);
    Swait(mx, 1, 0);  //不消耗mx
    ……
    perform read operation;
    ……
    Ssignal(L, 1);
  }while(TRUE);
}
void writer(){
  do{
    Swait(mx, 1, 1; L, RN, 0);
    ……
    perform write operation;
    ……
    Ssignal(mx, 1);
  }while(TRUE);
}
void main(){
  cobegin;
  reader();
  writer();
  coend;
}