【操作系统并发进程】信号量与PV操作例题讲解——读者写者问题

分为读者优先、写者优先和读写者公平竞争三种情况。

1.读者优先

• 变量定义

  • 文件写操作信号量：wrt，解决读写互斥和写写互斥问题

  • 读者数目计数器：readcount，记录读者数，若 readcount == 0，以 V 操作释放在 wrt 上等待的写进程

  • 读者数目计数器信号量：s_readcount，因存在多个读者进程对 readcount 进行操作，使用 s_readcount 控制并发

• 代码

  semaphore wrt;
  int readcount;
  semaphore s_readcount;
  wrt = 1;  readcount = 0;  s_readcount = 1;
  ​
  process Reader() {
      while (true) {
          P(s_readcount);
              if (readcount == 0)  P(wrt);
              readcount++;
          V(s_readcount);
          读文件;
          P(s_readcount);
              readcount--;
              if (readcount == 0)  V(wrt);
          V(s_readcount);
      }
  }
  ​
  process Writer() {
      while (true) {
          P(wrt);
          写文件;
          V(wrt);
      }
  }

2.写者优先

• 变量定义——在读者优先的基础上增加了：

  • 信号量：r，当至少有一个写进程准备访问数据区时用于阻止所有读进程

  • 写者数目计数器：writecount，记录写者数，若 writecount == 0，以 V 操作释放在 r 上等待的读进程

  • 写者数目计数器信号量：s_writecount，控制并发访问 writecount

  • 信号量：mutex，在信号量 r 上不允许建造长队列，否则阻塞的写者进程将无法跳过此队列，因此，只允许一个读者在 r 上排队，其余阻塞读者在 mutex 上排队

• 代码

  semaphore wrt;
  int readcount, writecount;
  semaphore s_readcount, s_writecount;
  semaphore r, mutex;
  wrt = 1;  readcount = writecount = 0;  s_readcount = s_writecount = 0;
  r = 1;  mutex = 1;
  ​
  process Reader() {
      while (true) {
          P(mutex);
              P(r);
                  P(s_readcount);
                      if (readcount == 0)  P(wrt);
                      readcount++;
                  V(s_readcount);
              V(r);
          V(mutex);
          读文件;
          P(s_readcount);
              readcount--;
              if (readcount == 0)  V(wrt);
          V(s_readcount);
      }
  }
  ​
  process Writer() {
      while (true) {
          P(s_writecount);
              if (writecount == 0)  P(r);
              writecount++;
          V(s_writecount);
          P(wrt);
              写文件;
          V(wrt);
          P(s_writecount);
              writecount--;
              if (writecount == 0)  V(r);
          V(s_writecount);
      }
  }

3.读写公平

• 变量定义——在读者优先的基础上增加了：

  • 信号量：s，用于互斥地进行读写操作

• 代码

  semaphore wrt;
  int readcount;
  semaphore s_readcount;
  semaphore s;
  wrt = 1;  readcount = 0;  s_readcount = 1;  s = 1;
  ​
  process Reader() {
      while (true) {
          P(s);
              P(s_readcount);
                  if (readcount == 0)  P(wrt);
                  readcount++;
              V(s_readcount);
          V(s);
          读文件;
          P(s_readcount);
              readcount--;
              if (readcount == 0)  V(wrt);
          V(s_readcount);
      }
  }
  ​
  process Writer() {
      while (true) {
          P(s);
              P(wrt);
                  读文件;
              V(wrt);
          V(s);
      }
  }