讀者-寫者問題

前言

讀者-寫者問題是操作系統中P、V操作部分經典的同步問題

讀者、寫者問題

1. 問題描述

讀者與寫者問題(reader-writer problem) (Courtois, 1971)也是一個經典的並發程序設計問題。有兩組並發進程：讀者和寫者，共享一個文件F，要求：

1. 允許多個讀者可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，應讓已有的寫者和讀者全部退出

2.問題分析

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。兩個進程，即讀者和寫者。寫者比較簡單，它和任何進程互斥，用互斥信號量的P、V操作即可解決。讀者問題比較復雜，它必須實現與寫者進程互斥的同時還要與其他讀者進程同步，因此，僅僅簡單的一對P、V操作是無法解決的。那么在這里用到了一個計算器，用它來判斷當前是否有讀者讀文件。同時這里不同讀者對計數器的訪問也應該是互斥的。

3. 讀者優先的P、V操作

semaphore rmutex = 1; // 讀進程互斥信號量
semaphore wmutex = 1; // 寫進程互斥信號量
int readcount = 0;    // 讀進程計數

cobegin
process reader_i() {  // 讀進程
    while(true) {
        P(rmutex);
        readcount++;
        if(readcount == 1)
        	P(wmutex);
        V(rmutex);
        {讀文件};
        P(rmutex);
        readcount--;
        if(readcount == 0)
        	V(wmutex);
        V(rmutex);
    }
}

process writer_i() {  // 寫進程
    while(true) {
        P(wmutex);
        {寫文件};
        V(wmutex);
    }
}
coend

說明：此P、V操作是讀進程優先，當一個讀進程占用了臨界資源后，后續的讀進程便能陸續的進入臨界區，而寫進程只能被迫等待。增加互斥信號量S可解決讀進程優先問題！

4. 公平競爭的讀寫P、V操作

semaphore rmutex = 1; // 讀進程互斥信號量
semaphore wmutex = 1; // 寫進程互斥信號量
int readcount = 0;    // 讀進程計數
semaphore S = 1;      // 保證readcount++能完整執行的互斥信號量

cobegin
process reader_i() {  // 讀進程
	while(true) {
        P(S);
        P(rmutex);
        readcount++;
       	if(readcount == 1)
       		P(wmutex);
       	V(rmutex);
       	V(S);
       	{讀文件};
       	P(rmutex);
       	readcount--;
       	if(readcount == 0)
       		V(wmutex);
       	V(rmutex);
	}
}

process writer_i() {  // 寫進程
    while(true) {
        P(S);
        P(wmutex);
        {寫文件};
        V(wmutex);
        V(S);
    }
}
coend