实验读者写者问题与进程同步.doc

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windows或者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，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，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（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，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 semaphore r_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)； } —写互斥和写—写互斥，但是不满足读—读允许，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，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 01 semaphore r_w_w=1;02 semaphore readercount_mutex=1; 03 int readercount=0; 04 reader(){ 05 P(readercount_mutex); 06 if(readercount==0) P(r_w_w); 07 readercount++; 08 V(readercount_mutex); 09 读文件; P(readercount_mutex); 11 readercount--; 12 if(readercount==0) V(r_w_w); 13 V(readercount_mutex); 14 } 15 16 writer(){ 17 P(r_w_w); 18 写文件; V(r_w_w); 20 } 下面对该算法的调度