进程同步经典问题:读者-写者问题

2024-04-14 14:52

本文主要是介绍进程同步经典问题:读者-写者问题,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

解决问题必须了解的知识:

进程同步

可以简单理解为先后顺序,即A进程执行完之后B进程才能执行。

进程互斥

同一个资源同一时刻只能有一个进程访问。

P、V操作

P即wait操作,可以理解为申请资源或者等待资源(资源数减1),如果资源被用完,那么该进程释放CPU资源,进入阻塞状态。V即signal操作,可以理解为释放资源(资源数加1),此操作内可选做唤醒其他进程的操作。P、V操作都是原子操作。

信号量

一种表示资源的变量,表示资源的可用量。分为整形信号量和记录型信号量,整型信号量的值表示当前资源可用个数。可以用信号量机制表示进程间同步互斥的关系。如果信号量的值为1,表示同一时刻只能由一个进程对资源申请进行访问。

读者-写者问题

有一个文件,同时可以有多个读者读取,但是某一时刻只能有一个写进程进行修改,并且写者修改的时候读者无法读取文件。

包含的互斥关系:每一个写进程与其他写进程和所有读进程都是互斥的。

可以看到这个问题主要是解决互斥问题,而不是同步问题。

在写者进程内伪代码如下:

semaphore rw = 1;//信号量,用于互斥地访问文件writer() {while(1) {p(rw);//申请访问文件,rw减1write();v(rw);//释放对文件的占有权,rw加1}
}

读者进程的处理是一个难点,因为所有读者进程可以同时访问文件,但是不能和写者进程一起访问文件。为了这种要求,在第一个读者进程读取文件的时候执行P操作申请资源,在最后一个进程读完后执行V操作释放资源。伪代码如下:

int count = 0;// 用于记录当前读者的数量
semaphore rw = 1;// 用于互斥地访问文件reader() {while(1) {if (count == 0) P(rw); // 第一个读者进程执行P操作,来实现和写者进程互斥count++;reading();// 执行读操作count--;if (count == 0)V(rw);// 最后一个进程执行V操作,释放资源}
}

细心地的伙伴可能发现了,如果有多个读者进程同时执行到if(count == 0),那么只有其中一个才能成功执行P操作,其它进程执行P操作时,rw的值已经变成了0,然后就阻塞住了。所以我们还需要一个信号量来实现对count的互斥操作。优化后的伪代码如下:

int count = 0;// 用于记录当前读者的数量
semaphore rw = 1;// 用于互斥地访问文件
semaphore mutex = 1;// 用于互斥地对count进行加减操作reader() {while(1) {P(mutex);if (count == 0) P(rw); // 第一个读者进程执行P操作,来实现和写者进程互斥count++;V(mutext);reading();// 执行读操作P(mutex);count--;if (count == 0)V(rw);// 最后一个进程执行V操作,释放资源V(mutex);}
}

这样优化之后就可以了,但是仅仅“可以”还是不够的,还不够完美。假如现在有很多个读者进程,源源不断地来读,那么就不会释放文件资源,那么写者进程就可能进入饥饿状态。再次进行优化:

int count = 0;// 用于记录当前读者的数量
semaphore rw = 1;// 用于互斥地访问文件
semaphore mutex = 1;// 用于互斥地对count进行加减操作
semaphore just = 1;// 用于避免写者进程长时间申请不到资源writer() {while(1) {P(just);P(rw);write();V(rw);V(just);}
}reader() {while(1) {P(just);P(mutex);if (count == 0) P(rw); // 第一个读者进程执行P操作,来实现和写者进程互斥count++;V(mutext);V(just);reading();// 执行读操作P(mutex);count--;if (count == 0)V(rw);// 最后一个进程执行V操作,释放资源V(mutex);}
}

完。

 

 

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