正文描述:《实验3__读者-写者问题与进程同步》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
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
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