經典進程同步問題：讀者-寫者問題

問題描述

有讀者和寫者兩組並發進程，共享一個文件，當兩個或以上的讀進程同時訪問共享數據時不會產生副作用，但若某個寫進程和其他進程（讀進程或寫進程）同時訪問共享數據時則可能導致數據不一致的錯誤。因此要求：①允許多個讀者可以同時對文件執行讀操作；②只允許一個寫者往文件中寫信息；③任一寫者在完成寫操作之前不允許其他讀者或寫者工作；④寫者執行寫操作前，應讓已有的讀者和寫者全部退出。

問題分析

1) 關系分析。由題目分析讀者和寫者是互斥的，寫者和寫者也是互斥的，而讀者和讀者不存在互斥問題。

2) 整理思路。兩個進程，即讀者和寫者。寫者是比較簡單的，它和任何進程互斥，用互斥信號量的P操作、V操作即可解決。讀者的問題比較復雜，它必須實現與寫者互斥的同時還要實現與其他讀者的同步，因此，僅僅簡單的一對P操作、V操作是無法解決的。那么，在這里用到了一個計數器，用它來判斷當前是否有讀者讀文件。當有讀者的時候寫者是無法寫文件的，此時讀者會一直占用文件，當沒有讀者的時候寫者才可以寫文件。同時這里不同讀者對計數器的訪問也應該是互斥的。

3) 信號量設置。首先設置信號量count為計數器，用來記錄當前讀者數量，初值為0; 設置mutex為互斥信號量，用於保護更新count變量時的互斥；設置互斥信號量rw用於保證讀者和寫者的互斥訪問。

    1. int count=0; //用於記錄當前的讀者數量
    2. semaphore mutex=1; //用於保護更新count變量時的互斥
    3. semaphore rw=1; //用於保證讀者和寫者互斥地訪問文件
    4. writer () { //寫者進程
    5. while (1){
    6. P(rw); // 互斥訪問共享文件
    7. Writing; //寫入
    8. V(rw) ; //釋放共享文件
    9. }
    10. }
    11. reader () { // 讀者進程
    12. while(1){
    13. P (mutex) ; //互斥訪問count變量
    14. if (count==0) //當第一個讀進程讀共享文件時
    15. P(rw); //阻止寫進程寫
    16. count++; //讀者計數器加1
    17. V (mutex) ; //釋放互斥變量count
    18. reading; //讀取
    19. P (mutex) ; //互斥訪問count變量
    20. count--; //讀者計數器減1
    21. if (count==0) //當最后一個讀進程讀完共享文件
    22. V(rw) ; //允許寫進程寫
    23. V (mutex) ; //釋放互斥變量 count
    24. }
    25. }

在上面的算法中，讀進程是優先的，也就是說，當存在讀進程時，寫操作將被延遲，並且只要有一個讀進程活躍，隨后而來的讀進程都將被允許訪問文件。這樣的方式下，會導致寫進程可能長時間等待，且存在寫進程“餓死”的情況。

如果希望寫進程優先，即當有讀進程正在讀共享文件時，有寫進程請求訪問，這時應禁止后續讀進程的請求，等待到已在共享文件的讀進程執行完畢則立即讓寫進程執行，只有在無寫進程執行的情況下才允許讀進程再次運行。為此，增加一個信號量並且在上面的程序中 writer()和reader()函數中各增加一對PV操作，就可以得到寫進程優先的解決程序。

int count = 0; //用於記錄當前的讀者數量
semaphore mutex = 1; //用於保護更新count變量時的互斥
semaphore rw=1; //用於保證讀者和寫者互斥地訪問文件
semaphore w=1; //用於實現“寫優先”
writer(){
while(1){
P(w); //在無寫進程請求時進入
P(rw); //互斥訪問共享文件
writing; //寫入
V(rw); // 釋放共享文件
V(w) ; //恢復對共享支件的訪問
}
}
reader () { //讀者進程
while (1){
P (w) ; // 在無寫進程請求時進入
P (mutex); // 互斥訪問count變量
if (count==0) //當第一個讀進程讀共享文件時
P(rw); //阻止寫進程寫
count++; //讀者計數器加1
V (mutex) ; //釋放互斥變量count
V(w); //恢復對共享文件的訪問
reading; //讀取
P (mutex) ; //互斥訪問count變量
count--; //讀者計數器減1
if (count==0) //當最后一個讀進程讀完共享文件
V(rw); //允許寫進程寫
V (mutex); //釋放互斥變量count
}
}