面向对象OS读者-写者问题
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2.读者—写者问题
读者—写者问题(Readers-Writers problem)也是一个经典的并发程序设计问题,是经常出现的一种同步问题。计算机系统中的数据(文件、记录)常被多个进程共享,但其中某些进程可能只要求读数据(称为读者Reader);另一些进程则要求修改数据(称为写者Writer)。就共享数据而言,Reader和Writer是两组并发进程共享一组数据区,要求:
(1)允许多个读者同时执行读操作;
(2)不允许读者、写者同时操作;
(3)不允许多个写者同时操作。
Reader和Writer的同步问题分为读者优先、弱写者优先(公平竞争)和强写者优先三种情况,它们的处理方式不同。
(1)读者优先。对于读者优先,应满足下列条件:
如果新读者到:
①无读者、写者,新读者可以读;
②有写者等待,但有其它读者正在读,则新读者也可以读;
③有写者写,新读者等待。
如果新写者到:
①无读者,新写者可以写;
②有读者,新写者等待;
③有其它写者,新写者等待。
单纯使用信号量不能解决读者与写者问题,必须引入计数器rc 对读进程计数;
rc_mutex 是用于对计数器rc 操作的互斥信号量;write表示是否允许写的信号量;于是读者优先的程序设计如下:
int rc=0; //用于记录当前的读者数量
semaphore rc_mutex=1; //用于对共享变量rc 操作的互斥信号量
semaphore write=1; //用于保证读者和写者互斥地访问的信号量
void reader() /*读者进程*/
do{
P(rc_mutex); //开始对rc共享变量进行互斥访问
rc ++; //来了一个读进程,读进程数加1
if (rc==1) P(write);//如是第一个读进程,判断是否有写进程在临界区,
//若有,读进程等待,若无,阻塞写进程
V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问
读文件;
P(rc_mutex); //开始对rc共享变量的互斥访问
r c--; //一个读进程读完,读进程数减1
if (rc == 0) V(write);//最后一个离开临界区的读进程需要判断是否有写进程//需要
进入临界区,若有,唤醒一个写进程进临界区
V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问
} while(1)
void writer() /*写者进程*/
do{
P(write); //无读进程,进入写进程;若有读进程,写进程等待写文件;
V(write); //写进程完成;判断是否有读进程需要进入临界区,
//若有,唤醒一个读进程进临界区
} while(1)
读者优先的设计思想是读进程只要看到有其它读进程正在读,就可以继续进行读;写进程必须等待所有读进程都不读时才能写,即使写进程可能比一些读进程更早提出申请。该算法只要还有一个读者在活动,就允许后续的读者进来,该策略的结果是,如果有一个稳定的读者流存在,那么这些读者将在到达后被允许进入。而写者就始终被挂起,直到没有读者为止。
(2)写者优先1。为了解决以上问题,写者优先1的设计思想是在一个写者到达时如果有正在工作的读者,那么该写者只要等待正在工作的读者完成,而不必等候其后面到来的读者就可以进行写操作。注意,该算法当一个写者在等待时,后到达的读者是在写者之后被挂起,而不是立即允许进入。
在读者优先的算法的基础上增加了一个排队信号量read,读、写进程在每次操作前都要等待read信号量。写者优先1的程序设计如下:
int rc=0; //用于记录当前的读者数量
semaphore rc_mutex=1; //用于对共享变量rc 操作的互斥信号量
semaphore write=1; //用于保证读者和写者互斥地访问的信号量
semaphore read=1; //用于保证在写进程封锁其后续的读进程的信号量
void reader() /*读者进程*/
do{
P(read); //若有写进程,后续读进程等待,在read队列上排队P(rc_mutex); //开始对rc共享变量进行互斥访问
rc++; //来了一个读进程,读进程数加1
if rc=1 then P(write); //第一个读进程需要判断是否有写进程在临界区,若有,
//读进程需要等待,若没有,阻塞写进程
V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问
V(read);//从read队列中唤醒一个进程
Reading the file;
P(rc_mutex); //开始对rc共享变量的互斥访问
rc--; //一个读进程读完,读进程数减1
if rc=0 then V(write); //最后一个离开临界区的读进程需要判断是否有写进程
/ //需要进入临界区,若有,唤醒一个写进程进临界区V(rc_mutex); //结束对rc共享变量的互斥访问
}
void writer() /*写者进程*/
do{ P(read); //无读进程,写进程进入;有读进程,在read排队,其后
//到来的读进程排在该队列写者之后
P(write); //若有读进程在读,等待现有读进程读完才可写
Writeing the file;
V(write); //写进程完成;判断是否有读进程需要进入临界区,若有,
//唤醒一个读进程进临界区
V(read); //从read队列中唤醒一个进程
注意,该算法当第一个写者已经P(read)后,read变为0,来了N个读者,他们都停留在它的P(read)这一句。那么会出现什么问题呢?此时,如果原来的写者完成了,紧接又来了一个写者,写者需要P(read)。这个时候,由于N个读者都已经在这个写者之前P(read)了,所以这个写者需要排队排在这N个读者分别都得到P(read)后才能得到执行,这个就不是写者优先了,而是读者写者公平竞争。