操作系统——读者写者问题详解
本篇主要是从读者写者问题中的读者优先、写者优先、以及两者公平竞争三个方面解析。
至于谁优先的问题，主要从以下两个方面来判断：
1、当优先级低的进程获得临界区时，高优先级进程能从低优先级进程中抢得临界区的访问权
2、当优先级高的进程在访问临界区时，低优先级进程必须等待，直到高优先级全部访问完才有机会访问临界区
可以将所有读者和所有写者分别存于一个读者等待队列和一个写者等待队列中，每当读允许时，就从读者队列中释放一个或多个读者线程进行读操作；
当写允许时，就从写者队列中释放一个写者线程进行写操作。
读者优先。读者优先指的是除非有写者在写文件，否则读者不需要等待。所以可以用一个整数变量Read_count记录当前的读者数目，用于确定是否需要释放正在等待的写者进程（当Read_count=0时，表明所有的读者读完，需要释放写者等待队列中的一个写者）。每当一个读者开始读文件时，必须修改Read_count变量。因此需要一个互斥对象mutex来实现对全局变量Read_count修改时的互斥。
另外，为了实现读-写互斥，需要增加一个临界区对象Write。当写者发出写请求时，必须申请临界区对象的所有权。通过这种方法，可以实现读-写互斥，当Read_count=1时（即第一个读者到来时），读者线程也必须申请临界区对象的所有权。
当读者拥有临界区的所有权时，写者阻塞在临界区对象Write上。当写者拥有临界区的所有权时，第一个读者判断完”Read_count==1”后阻塞在Write上，其余的读者由于等待对Read_count的判断，阻塞在mutex上。
写者优先。写者优先与读者优先相类似。不同之处在于一旦一个写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。为此应当填加一个整形变量Write_count，用于记录正在等待的写者的数目，当Write_count=0时，才可以释放等待的读者线程队列。
为了对全局变量Write_count实现互斥，必须增加一个互斥对象mutex3。
为了实现写者优先，应当填加一个临界区对象read，当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在read上。
读者线程除了要对全局变量Read_count实现操作上的互斥外，还必须有一个互斥对象对阻塞read这一过程实现互斥。这两个互斥对象分别命名为mutex1,mutex2。
总结：以上内容很清楚的讲述了进程间通信之经典问题—"读者—写着"问题的本质，并且提出了实现的方法，可以帮助读者学好操作系统这门核心的计算机专业课程。
读者优先算法：
分析：读者优先是指：除非有写者正在写文件，否则读者不需要等待，可以定义一个readcount变量用来统计有多少个读者正在读文件，用于确定是否需要释放正在等待 的 进程（readcount == 0 ，则表明读者已经访问完毕，需要释放等待队列中的一个写者进程），由于readcount是临界资源，需要定义一个信号量Rmutex来互斥的对 其 进行访问。另外为了实现读者与写者、写者与写者之间互斥的对文件的访问，定义一个信号量fmutex来实现
fmutex = 1//读者、写者进程访问文件信号量变量，保证了读者与写者、写者与写者之间的互斥访问
Rmutex = 1//实现对readcount的互斥访问
Read()
{
while(1)
{
wait(Rcount) ;
if(0 == readcount)
wait(fmutex) ;
readcount ++ ;
signal(Rcount) ;
......
perform reading operation
......
wait(Rcount);
readcount --;
if(0 == readcount)
signal(fmutex)
signal(Rcount) ;
}
}
Writer()
{
while(1)
{
wait(Entmutex)//保证每次阻塞在fmutex中的写者进程只有一个
wait(fmutex)
......
perform writing operation
......
signal(fmutex)
signal(Entmutex)
}
}
分析一下问什么是读者优先：
1、首先当读者获得临界区的访问权，则此时的readcount > 0 则读者尚未释放fmutex则写者就不能获得临界区的访问权，有一个被阻塞在fumtex信号中，其余的被塞 在Entmutex信号中，则只有当读者访问完毕，写者才有机会获得临界区的访问权
2、若写者获得临界区的访问权，而且有源源不断的写着进程过来，那么读者能不能抢得临界区的访问权呢？答案是肯定的，因为考虑此时的读者进程阻塞情况，有一个读者进程阻塞在fmutex中，其余的读者均阻塞在Rmutex，而写者进程呢，由于Entemutex的存在每个时刻只有一个一个写者进程阻塞在fmutex中，其余的全被阻塞在Entmutex中，则当写者进程访问完毕后，此时阻塞在fmutex中的进程只有读者进程，则也就只有读者进程先被激活访问
写者优先：
分析：写者优先与读者优先相类似。不同之处在于一旦一个写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。为此应当填加一个整形变量Write_count，用于记录正在等待的写者的数目，当Writecount=0时，才可以释放等待的读者线程队列。为了对writecount实现互斥，则定义一个互斥信号量Wcmutex=1.
为了实现写者优先，应当填加一个临界区对象read，当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在read上。
读者线程除了要对全局变量Read_count实现操作上的互斥外，还必须有一个互斥对象对阻塞read这一过程实现互斥。这两个互斥对象分别命名为Entemutex,Quemutex。
信号量queMutex标示一个队信号量，来的进程都现在这里面排队，Entermutex的存在则是保证阻塞 在Quemutex中的读者进程最多只有一个
Reader()
{
while(1)
{
wait(Entemutex)
wait(Quemutex)
wait(Rcount)
if(0 == readcount)
wait(fmutex)
readcount ++
wait(Rcount)
wait(Quemutex)
wait(Entemutex)
........
perform reading opreation
........
wait(Rcount)
if(readcount == 0)
signal(fmutex)
signal(Rcount)
}
}
writer()
{
while(1)
{
wait(Wcount)
if(writecount == 0)
wait(Quemutex)
writecount ++
signal(Wcount)
wait(fmutex)
........
perform writing operation
........
signal(fmtex)
wait(Wcount)
readcount--
if(readcount == 0)
signal(Quemutex)
signal(Wcount)
}
}
分析：这个为什么是写者优先？
1.当读者获得了访问临界区的权利时，且读者进程访问的很密集时(即很多读者都需要访问)，写者如何抢得访问权。
由于Entmutex的存在每次阻塞在Quemutex中的读者进程最多只有一个，而当读者进程访问时，写着进程一个被阻塞在Quemutex中，其余的全部阻塞在Wcount中，当读者访问完毕，释放Quemutex，此时，阻塞在其中的进程只有写者进程，则写着进程得到激活
2.当写者获得临界区的访问权时，读者只能等到临界区空闲时才能得到临界区访问权。
因为当写者获得临界区时，所有的读者都会阻塞在Entmutex信号和QUemutex信号中。 而只有最后一个写者访问完临界区时，才会Signal(Qmutex)， 使得阻塞在fmutex中唯一的读者获得临界区访问权。
公平竞争：
Reader()
{
while(1)
{
wait(Quemutex)
wait(Rcount)
if(0 == readcount)
wait(fmutex)
readcount ++
wait(Rcount)
wait(Quemutex)
........
perform reading opreation
........
wait(Rcount)
if(readcount == 0)
signal(fmutex)
signal(Rcount)
}
}
writer()
{
while(1)
{
wait(Quemutex)
wait(fmutex)
........
perform writing operation
........
signal(fmtex)
signal(Qmutex)
}
}