操作系统读者写者问题(2)

第2章 实验内容

09 读文件; 10 P(h_mutex_read_count); 11 read_count--; 12 if(read_count==0) V(r_w_w); 13 V(h_mutex_read_count); 14 } 15 图2-1 读者优先算法

下面对该算法的调度效果进行分析。

假设最初没有进程在访问文件。过了一会，就会有很多读者和写者到达。对它们可能有两种调度情形。 ? 情形1 最先调度写者

写者执行P(r_w_w)操作成功，将r_w_w的值变为0，获得文件的访问权；其它的写者执行P(r_w_w)将r_w_w的值变为负数，从而阻塞在信号量r_w_w上；第一个读者执行P(h_mutex_read_count)成功，将信号量h_mutex_read_count的值变为0，然后判断read_count是0，所以执行P(r_w_w)，将r_w_w的值减1后仍然为负数从而阻塞在信号量r_w_w上，其它的读者执行P(h_mutex_read_count)将信号量h_mutex_read_count的值变为负数，从而阻塞在信号量h_mutex_read_count上。

例如，对于请求序列w1,w2,r1,w3,r2,r3，我们用图表形象地刻画进程的活动，图表中包括读者计数器的值、信号量h_mutex_read_count和r_w_w的值和队列以及访问文件的进程。

①初始状态。没有进程使用文件，计数器read_count的值是0，信号量h_mutex_read_count和r_w_w的值都是1，队列都是空，参见图2-2；

②w1请求写文件，所以执行语句17，将信号量r_w_w的值减1后变成0，w1获得文件使用权，执行语句18，开始写文件，参见图2-3；

③在w1尚未写完时，w2提出写请求，所以执行语句17，将信号量r_w_w的值减1后变成负1，w2被阻塞在信号量r_w_w上，参见图2-4；

④同时r1提出读请求，所以执行语句5，将信号量h_mutex_read_count的值减1后变成0，接着执行语句6，判断read_count的值是0，所以执行P(r_w_w)，

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第2章 实验内容

将信号量r_w_w的值减1后变成-2，r1被阻塞在信号量r_w_w上，参见图2-5；

①初始状态 read_count=0 h_mutex_read_cou nt 1 NULL r_w_w 1 NULL ②w1请求 read_count=0 h_mutex_read_count 1 NULL r_w_w 0 NULL 访问文件者：w1 图2-3 访问文件者： 无 图2-2 ⑤同时w3提出写请求，所以执行语句17，将信号量r_w_w的值减1后变成-3，w3被阻塞在信号量r_w_w上，参见图2-6；

⑥同时r2提出读请求，所以执行语句5，将信号量h_mutex_read_count的值减1后变成-1，r2被阻塞在信号量h_mutex_read_count上，参见图2-7；

③w2请求 read_count=0 h_mutex_read_count 1 NULL r_w_w -1 访问文件者：w1 图2-4 w2 ④r1请求 read_count=0 h_mutex_read_count 0 NULL r_w_w -2 访问文件者：w1 图2-5 w2,r1 ⑦同时r3提出读请求，所以执行语句5，将信号量h_mutex_read_count的值减1后变成-2，r3被阻塞在信号量h_mutex_read_count上，参见图2-8；

⑧w1写完文件，执行语句19，将信号量r_w_w的值加1后变成-2，并唤醒w2，w2接着执行语句18，开始写文件，参见图2-9；

⑨w2写完文件，执行语句19，将信号量r_w_w的值加1后变成-1，并唤醒r1，r1接着执行语句7，将read_count的值加1后变成1，执行语句8，将信号

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第2章 实验内容

量h_mutex_read_count的值加1后变成-1，并唤醒r2，r1执行语句9，开始读

⑤w3请求 read_count=0 h_mutex_read_count 0 NULL r_w_w -3 访问文件者： w1 图2-6 w2,r1,w3 ⑥r2请求 read_count=0 h_mutex_read_count -1 r_w_w -3 访问文件者： w1 图2-7 r2 w2,r1,w3 文件；被唤醒的r2执行语句6，判断read_count的值不是0，所以执行语句7，将read_count的值加1后变成2，执行语句8，将信号量h_mutex_read_count的值加1后变成0，并唤醒r3，r2执行语句9，开始读文件；被唤醒的r3执行语句6，判断read_count的值不是0，所以执行语句7，将read_count的值加1后变成3，执行语句8，将信号量h_mutex_read_count的值加1后变成1，r3执行语句9，开始读文件。这样三个读者同时读文件，参见图2-10；

⑩当r1、r2和r3读完文件时，都执行语句10~14，并由最后一个执行语句10~14的读者执行V(r_w_w)，将信号量r_w_w的值加1后变成0，并唤醒w3，w3接着执行语句18，开始写文件，参见图2-11；

当w3写完文件时，执行语句19，将信号量r_w_w的值加1后变成1，回到初始状态。

可见，对于请求序列w1,w2,r1,w3,r2,r3，实际访问文件的顺序是w1,w2,r1,r2,r3,w3。虽然w3比r2、r3先提出请求，但是由于在此之前已经有r1在读文件，所以优先响应读者r2、r3，阻塞写者w3。如果在w3之后不断有新的读者到达，则w3将一直被阻塞，直至被饿死。

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第2章 实验内容

⑦r3请求 read_count=0 h_mutex_read_count -2 r_w_w -3 r2,r3 w2,r1,w3 ⑧w1结束，唤醒w2 read_count=0 h_mutex_read_count -2 r_w_w -2 图2-9 访问文件者：w2 r2,r3 r1,w3 访问文件者： w1 图2-8 ⑨w2结束,唤醒r1, r1唤醒r2,r2唤醒r3 read_count=3 h_mutex_read_co unt 1 NULL r_w_w -1 w3 ⑩r1,r2,r3结束,唤醒w3 read_count=0 h_mutex_read_cou nt 1 NULL r_w_w 0 NULL 访问文件者： w3 图2-11 访问文件者： r1,r2,r3 图2-10 ? 情形2 最先调度读者 第一个读者执行P(h_mutex_read_count)成功，将信号量h_mutex_read_count的值变为0，接着该读者判断read_count是0，所以执行P(r_w_w)操作成功，获得文件的访问权，将r_w_w的值变为0，然后将read_count变成1，执行V(h_mutex_read_count)，之后开始读文件；随后的写者执行P(r_w_w)将r_w_w的值变为负数，从而阻塞在信号量r_w_w上；其它的读者执行P(h_mutex_read_count)成功，判断read_count不是0，所以直接将read_count的值再加1，执行V(h_mutex_read_count)，之后开始读文件。可见多个读者可以

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第2章 实验内容

同时读文件，并在读文件时阻塞写者。 2.2.2 写者优先算法分析

通过增加信号量并修改上述程序可以得到写者优先算法。为了实现写者优先算法，需要将写者和读者分开排队，并且第一个读者和其它读者也要分开排队。这样就需要三个队列，一个是写者排队的地方，另一个是第一个读者排队的地方，第三个是其它读者排队的地方。相应地需要设置三个信号量，r_w_w、first_reader_wait和reader_wait。当一个写者声明想写文件时，可以让新的读者中的第一个到first_reader_wait上排队等待；当有读者阻塞在first_reader_wait上时，让其它读者阻塞在reader_wait上；当有一个写者在写文件时，其它写者到r_w_w上排队。

只要有活跃的写者或者写者队列不为空，则阻塞新到达的读者。为了记录已经发出声明的写者数量，需要设置一个整数writ_count，以表示声明要写文件的写者数目。由于只要有一个写者到达，就不允许读者去读，因此仅当writ_count=0，表示无写者声明写时，写者才需要执行P(first_reader_wait)操作，若操作成功，写者便可以执行P(r_w_w)去竞争写文件权利。其它写者不需要再向读者声明，可以直接执行

权利。同理仅当写者在执行writ_count减1操作后其值为0时，才需要执行V(first_reader_wait)操作，以便唤醒第一个被阻塞的读者去读文件。又因为writ_count是一个可被多个写者访问的临界资源，所以，应该为它设置一个互斥信号量writer_mutex。

通过上述分析得到图2-13的算法描述。下面对该算法的调度效果进行分析。假设最初没有进程在访问文件。过了一会，就会有很多读者和写者到达。对它们可能有两种调度情形。 ? 情形1 最先调度写者

写者执行P(writ_count_mutex)，将writ_count_mutex的值变为0，并判断writ_count是0，从而执行P(first_reader_wait)，将first_reader_wait的值变为0，成功地向读者声明了写访问意图，接着将writ_count变为1，执行V(writ_count_mutex)，将writ_count_mutex的值变为1。然后写者执行P(r_w_w)操作，将r_w_w的值变为0，成功地获得了文件的写访问权利。第一个写者开

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P(r_w_w)去竞争写文件

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