操作系统之读者与写者问题

一个数据文件或记录可被多个进程共享。

• 只要求读文件的进程称为“Reader进程”，其它进程则称为“Writer进程”。
• 允许多个进程同时读一个共享对象，但不允许一个Writer进程和其他Reader进程或Writer进程同时访问共享对象

“读者--写者问题”是保证一个Writer进程必须与其他进程互斥地访问共享对象的同步问题。
读、读共享; 写、写互斥; 写、读互斥

1.利用记录型信号量解决读者--写者问题

• 互斥信号量wmutex: 实现Reader与Writer进程间在读或写时的互斥，整型变量Readcount: 表示正在读的进程数目;
  由于只要有一个Reader进程在读，便不允许Writer进程写。所以，仅当Readcount=0，即无Reader进程在读时，Reader才需要执行Wait(wmutex)操作。若Wait(wmutex)操作成功，Reader进程便可去读，相应地，做Readcount+1操作。
  同理，仅当Reader进程在执行了Readcount减1操作后其值为0时，才需执行signal(wmutex)操作，以便让Write进程写
• 互斥信号量rmutex: Reader进程间互斥访问Readcount

总结：
wmutex:是读写的互斥信号量
rmutex: 是读进程互斥访问Readcount的信号量

Wmutex: 读、写互斥；写、写互斥 Rmutex: 读间访问Readcount互斥 Readcount: 记录读者进程数

Var  wmutex, rmutex :semaphore :=1, 1;
        Readcount :integer :=0;
begin
    parbegin
        Reader : begin
             repeat
                wait(rmutex);
                if Readcount=0 then wait(wmutex);
                Readcount :=Readcount +1;
                signal(rmutex);
                   …
                   读;
                   …
                wait(rmutex);
                Readcount :=Readcount -1;
                if Readcount=0 then signal(wmutex);
                signal(rmutex);
            until  false;
       end
     parend
end 

Writer : begin
     repeat
         wait(wmutex);
         写;
         signal(wmutex);
     until  false;
end 

评价：能实现读者—写者问题 但读优先，对写者不公平

2 :利用信号量集解决读者--写者问题

增加一个限制：最多只允许RN个读者同时读
引入信号量L，并赋予其初值RN，通过执行Swait(L, 1, 1)操作，来控制读者的数目。
解释：
每当有一个读者进入时，就要先执行Swait(L, 1, 1)操作，使L的值减1。当有RN个读者进入读后，L便减为0，第RN +1个读者要进入读时，必然会因Swait(L, 1, 1)操作失败而阻塞。

一般信号量集的几种特殊情况：

• Swait(S, d, d)，只有一个信号量S，允许每次申请d个资源，若现有资源数少于d，不予分配。
• Swait(S, 1, 1)，蜕化为一般的记录型信号量(S>1时)或互斥信号量(S=1时)。
• Swait(S, 1, 0)，当S>=1时，允许多个进程进入某特定区，当S变为0后，阻止任何进程进入特定区，相当于可控开关。

//L: 控制读进程的数目≤RN
//Mx: 实现读、写互斥；写、写互斥

Var  RN  integer;
        L, mx: semaphore :=RN, 1;
begin
    parbegin
        reader : begin
            repeat
               Swait(L, 1, 1); //控制Rn个读进程可以读，前Rn个读者都可以进去
               Swait(mx, 1, 0);// 打开，读者都可以进来读
               …
               读;
               …
              Ssignal(L, 1);
          until  false;
      end
   parend
end


writer : begin
    repeat
       Swait(mx, 1, 1; L, RN, 0);// 将读进程关闭，且没有读进程，写进程才能写操作
       写;
       Ssignal(mx, 1); // 读进程都可以读了
   until  false;
end

解释：

• Swait(mx, 1, 1; L, RN, 0)语句表示仅当既无writer进程在写(mx=1)，又无reader进程在读(L=RN)，writer进程才能进入临界区写。
• Swait(mx, 1, 0)语句起着开关的作用。只要无writer进程进入写，mx=1，reader进程就都可以进入读。但只要一旦有writer进程进入写时，mx=0，则任何reader进程就都无法进入读。