读者-写者问题(读者优先、写者优先、公平竞争)

读者-写者问题改进

一、问题（读者优先）

教材中提供的读者-写者问题的解决方案存在读者优先问题，即当有一个读进程比较活跃时，随后而来的读进程都将被允许访问资源。这样，会导致写进程可能长时间等待。而这种情况往往与实际应用需求相背。请认真分析、研究读者-写者问题，给出对读者和写者都较为公平的同步解决方案。

教材方案（读者优先）：

semaphore rmutex = 1, wmutex = 1;
int readcount = 0;
void Reader(){
	while(1){
		wait(rmutex);
		if(readcount==0) wait(wmutex);
		readcount++;
		signal(rmutex);
		...
		perform read operation;
		...
		wait(rmutex);
		readcount--;
		if(readcount==0) signial(wmutex);
		signal(rmutex);
	}
}
void Writer(){
	while(1){
		wait(wmutex);
		...
		perform write operation;
		...
		signal(wmutex);
	}
}

二、分析

教材中规定：写者、读者互斥访问文件资源，只要有读者还占有资源，就不允许写者进入。

此时就出现了问题，当一直有读者或多个读者轮流长时间占据资源，写者会长时间等待，无法获得资源。

上述方法就是读者优先。

三、改进方案

1.公平竞争

在教材方法中，一旦读者获得资源，wmutex就会一直小于1，直到所有读者进程结束为止，写者甚至没有竞争资源的机会。

那么，可以就再添加一个信号量，给写者竞争的机会。

如果写者抢到资源，就不能再有其他读者新的读者阅读。接下来只要等待还在阅读的读者全部结束，写者就可以拿到资源。

semaphore rmutex = 1, wmutex = 1, w = 1;
int readcount = 0;
void Reader(){
	while(1){
		wait(w);
		wait(rmutex);
		if(readcount==0) wait(wmutex);
		readcount++;
		signal(rmutex);
		signal(w);
		...
		perform read operation;
		...
		wait(rmutex);
		readcount--;
		if(readcount==0) signial(wmutex);
		signal(rmutex);
	}
}
void Writer(){
	while(1){
		wait(w);
		wait(wmutex);
		...
		perform write operation;
		...
		signal(wmutex);
		signal(w);
	}
}

2.写者优先

由上述两个问题，可以想到，当存在多个写者时，也可以使用写者优先。

同读者优先，只需在写者占有资源后，不允许读者进入，代码基本一致，但需要调整信号量位置来避免死锁。

添加信号量 w_cs : 保证临界区的资源只能有一个写者修改，并实现了读者执行时写者等待。

semaphore rmutex = 1, wmutex = 1, w = 1, w_cs = 1;
int readcount = 0, writecount = 0;
void Reader(){
	while(1){
		wait(w);
		wait(rmutex);
		if(readcount==0) wait(w_cs);
		readcount++;
		signal(rmutex);
		signal(w);
		...
		perform read operation;
		...
		wait(rmutex);
		readcount--;
		if(readcount==0) signial(w_cs);
		signal(rmutex);
	}
}
void Writer(){
	while(1){
		wait(wmutex);
		if(writecount==0) wait(w);
		writecount++;
		signal(wmutex);
		
		wait(w_cs)
		...
		perform write operation;
		...
		signal(w_cs)
		
		wait(wmutex);
		writecount--;
		if(readcount==0) signial(w);
		signal(wmutex);
	}
}

写者优先优化：

如果在写者执行时，有多个读者进入，可能会出现多个读者等待的情况。例如，当第一个读者signal(w)时，第二个读者或者更多的读者此时会和写者同时处于wait(w)的状态，写者无法跳过该长队列，需要和其他读者抢资源，这不符合写者优先。

可以添加一个信号量 q ，写在读者的wait(w)之前。这样只有一个读者可以在wait(w)前排队，其他必须在wait(q)前排队，这样可以让写者优先抢到资源，满足了写者优先。

semaphore rmutex = 1, wmutex = 1, w = 1, w_cs = 1, q = 1;
int readcount = 0, writecount = 0;
void Reader(){
	while(1){
		wait(q);
		wait(w);
		wait(rmutex);
		if(readcount==0) wait(w_cs);
		readcount++;
		signal(rmutex);
		signal(w);
		signal(q);
		...
		perform read operation;
		...
		wait(rmutex);
		readcount--;
		if(readcount==0) signial(w_cs);
		signal(rmutex);
	}
}
void Writer(){
	...
}

参考博客：

读者写者问题（超级详细的分析读者优先，读写平等，写者优先）_Rqff的博客-****博客_读者优先的读者写者问题

读者写者问题（读者优先,写者优先 ,读写公平）_骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍。-****博客_读者写者问题

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