读者写者问题

读者-写者问题

读者写者问题是并发和同步领域的经典问题，然而各大教科书和网络资源基本都只讲解了其中的一种——读者优先的情况，对其余情况涉及很少。本着深入研究问题的态度，在此对各种情况讨论并给出代码，仅供参考。以下说明中为简化把信号量都看做锁。

读者优先

这是os教科书里基本都会给出的情况，即

• 写者必须等待所有读者读完才可以写
• 多个读者可以同时读取，只要此时写者未获得权限

这个问题包含了读写互斥、写写互斥、允许多个读线程同时读取的意思。
此问题需要两个信号量，兼有加锁互斥和同步的功能。
读写线程通过writer_mutex实现互斥，但读线程的reader_mutex仅作为锁用来保证对readcount的修改正确。只要有一个读线程进入reading区，写者就被阻塞，而其余读者仍可以通过持有并释放reader_mutex来进入reading区，直到读者数为0，此时唤醒写者；而只要写者进入writing区，任意读者都会被阻塞(其中一个在P(&writer_mutex),其余在P(&reader_mutex))。

sem_t writer_mutex;
sem_t reader_mutex;
void* reader(){
    while(1){
        P(&reader_mutex);
        readcount++;
        if(readcount==1)
        {
            P(&writer_mutex);
        }
        V(&reader_mutex);

        // reading is perfomanced
        printf("how many readers:%d\n",readcount);

        P(&reader_mutex);
        readcount--;
        if(readcount==0)
        {
            V(&writer_mutex);
        }
        V(&reader_mutex);
    }
}
void* writer(){
    while(1){
        P(&writer_mutex);
        writecount++;

        // writing is perfomanced
        printf("how many writers:%d\n",writecount);
        
        writecount--;
        V(&writer_mutex);
    }
}

总体上来看这部分代码实现了所需功能，但也带来了缺陷：写者只能有一个且需要等待所有读者读完才能写，而只要有一个读者进入，读者就可以不受限制地进入，结果导致写进程饥饿。

写者优先

写者优先要求解决上面的饥饿问题，要求只要有写者在写，后续写者都可以写，读者必须等所有写者写完才能读。
需要四个信号量，mutex用于为写者计数器加锁，reader_mutex用于为读者计数器加锁，writer_mutex实现写者互斥，queue实现读线程排队。
每个读线程都要获取queue，之后在真正做读操作前即让出，这时写线程就可以获得queue，其实本质上就是给了写线程打断读者、并且持续占有锁的机会(读者优先里写线程没这种机会)。写线程获得queue之后就一直占着，直到所有写线程都完成，提高了写线程优先级。

sem_t mutex,queue;
sem_t writer_mutex;
sem_t reader_mutex;
void reader(){
    while(1){
        P(&queue);
        P(&reader_mutex);
        readcount++;
        if(readcount==1)
        {
            P(&writer_mutex);
        }
        V(&reader_mutex);
        V(&queue);

        printf("how many readers:%d\n",readcount);

        P(&reader_mutex);
        readcount--;
        if(readcount==0)
        {
            V(&writer_mutex);
        }
        V(&reader_mutex);
    }
}
void writer(){
    while(1){
        P(&mutex);
        writecount++;
        if(writecount==1){
            P(&queue);
        }
        V(&mutex);

        P(&writer_mutex);
        printf("how many readers:%d\n",readcount);
        V(&writer_mutex);

        P(&mutex);
        writecount--;
        if(writecount==0){
            V(&queue);
        }
        V(&mutex);

    }
}

公平竞争

读者写者都在queue上排队，即使A类线程有多个同时进入，B类线程也可以获得queue而使A类其他线程阻塞，不会像前两种那样一但A类线程获得优势后B类线程很难再进入(读优先里读者获得writer_mutex后，后续读者可以不断进入导致写者很难获得writer_mutex；写优先里写者获得queue后，写者可以不断进入导致读者很难获得queue)

sem_t queue;
sem_t writer_mutex;
sem_t reader_mutex;
void* reader(){
    while(1){
        P(&queue);
        P(&reader_mutex);
        readcount++;
        if(readcount==1)
        {
            P(&writer_mutex);
        }
        V(&reader_mutex);
        V(&queue);

        printf("how many readers:%d, how many writers:%d\n",readcount,writecount);

        P(&reader_mutex);
        readcount--;
        if(readcount==0)
        {
            V(&writer_mutex);
        }
        V(&reader_mutex);
    }
}
void* writer(){
    while(1){
        P(&queue);
        P(&writer_mutex);
        writecount++;
        printf("how many readers:%d, how many writers:%d\n",readcount,writecount);
        writecount--;
        V(&writer_mutex);
        V(&queue);
    }
}

参考链接： OS | 读者写者问题（读者优先,写者优先 ,读写公平）