实验3__读者-写者问题与进程同步

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1、实验3读者/写者问题与进程同步3.1实验目的理解临界区和进程互斥的概念，掌握用信号量和PV操作实现进程互斥的方法。3.2实验要求在linux环境下编写一个控制台应用程序，该程序运行时能创建N个线程（或者进程），其中既有读者线程又有写者线程，它们按照事先设计好的测试数据进行读写操作。请用信号量和PV操作实现读者/写者问题。读者/写者问题的描述如下：有一个被许多进程共享的数据区，这个数据区可以是一个文件，或者主存的一块空间（比如一个数组或一个变量），甚至可以是一组处理器寄存器。有一些只读取这个数据区的进程

2、（reader）和一些只往数据区中写数据的进程（writer）。以下假设共享数据区是文件。这些读者和写者对数据区的操作必须满足以下条件：读—读允许；读—写互斥；写—写互斥。这些条件具体来说就是：（1）任意多的读进程可以同时读这个文件；（2）一次只允许一个写进程往文件中写；（3）如果一个写进程正在往文件中写，禁止任何读进程或写进程访问文件；（4）写进程执行写操作前，应让已有的写者或读者全部退出。这说明当有读者在读文件时不允许写者写文件。对于读者-写者问题，有三种解决方法：1、读者优先除了上述四个规则外，

3、还增加读者优先的规定，当有读者在读文件时，对随后到达的读者和写者，要首先满足读者，阻塞写者。这说明只要有一个读者活跃，那么随后而来的读者都将被允许访问文件，从而导致写者长时间等待，甚至有可能出现写者被饿死的情况。2、写者优先除了上述四个规则外，还增加写者优先的规定，即当有读者和写者同时等待时，首先满足写者。当一个写者声明想写文件时，不允许新的读者再访问文件。3、无优先除了上述四个规则外，不再规定读写的优先权，谁先等待谁就先使用文件。3.3实验步骤3.3.1算法分析1、错误的解法图3-1错误的解法sem

4、aphorer_w_w=1;reader(){P(r_w_w)；读文件；V(r_w_w)；}writer(){P(r_w_w)；写文件；V(r_w_w)；}有同学认为，可以将文件视为临界资源，使用临界资源的代码就构成临界区，为了对临界区进行管理，只需设置一个互斥信号量r_w_w，读或者写之前执行P(r_w_w)，之后执行V(r_w_w)即可，从而得到图3-1所示的算法描述。该方法虽然能满足读—写互斥和写—写互斥，但是不满足读—读允许，10只要有一个读者在读文件，其他的读者都被阻塞了。可见，单纯使用互斥

5、信号量不能解决读者/写者问题，还需要引入计数器对读者进行记数。2、读者优先如何纠正上述解法中存在的错误呢？其实，对于相继到达的一批读者，并不是每个读者都需要执行P(r_w_w)和V(r_w_w)。在这批读者中，只有最先到达的读者才需要执行P(r_w_w)，与写者竞争对文件的访问权，若执行P(r_w_w)成功则获得了文件的访问权，其他的读者可直接访问文件；同理，只有最后退出临界区的读者需要执行V(r_w_w)来归还文件访问权。为了记录正在读文件的一批读者的数量，需要设置一个整型变量readercount

6、，每一个读者到达时都要将readercount加1，退出时都要将readercount减1。由于只要有一个读者在读文件，便不允许写者写文件，所以，仅当readercount=0时，即尚无读者在读文件时，读者才需要执行P(r_w_w)操作。若P(r_w_w)操作成功，读者便可去读文件，相应地，readercount+1。同理，仅当在执行了readercount减1操作后其值为0时，才需要执行V(r_w_w)操作，以便让写者写文件。又因为readercount是一个可被多个读者访问的临界资源，所以应该为它

7、设置一个互斥信号量readercount_mutex.。每个读者在访问readercount之前执行P(readercount_mutex)，之后执行V(readercount_mutex)。通过上述分析得到图3-2所示的算法描述，其中的数字表示语句对应的行号。图3-2读者优先算法01semaphorer_w_w=1;02semaphorereadercount_mutex=1;03intreadercount=0;04reader(){05P(readercount_mutex);06if(read

8、ercount==0)P(r_w_w);07readercount++;08V(readercount_mutex);09读文件;10P(readercount_mutex);11readercount--;12if(readercount==0)V(r_w_w);13V(readercount_mutex);14}1516writer(){17P(r_w_w);18写文件;19V(r_w_w);20}3、写者优先通过增加信号量并修改上述程序可以得到写者