用信号量解决读者和写者的问题

1. 最多的问题

做实验的时候，大部分同学多半已经忘了之前学的内容了，这种情况下，合理的做法是：先复习下理论内容（在信号量同步实验，已经点出这点了）。

看了交上来的报告，很多同学不懂原理，也不复习，直接就去找别人的实现，于是就有了定义5个信号量，给写者计数的迷操作。

代码只是你思路的一种呈现，先搞懂原理，甚至可以先写下伪代码（先软件设计），再去写代码（再软件实现）。

2. 如果你复习了

如果你按这个思路来，应该会轻松许多。

你应该很容易找到PPT以个这两页的内容。

需要哪些信号量：

读者和写者的伪代码：

2.1 问题

读者-写者问题是经典IPC问题，解决一个文件被多个进程共享问题。

允许多个读者读同一个文件
但不允许读者和写者同时访问
也不允许多个写者同时访问

2.2 思路

咱们说过，先想想需要哪些信号量，换句话说，有哪些什么东西（找到互斥资源）需要保护。

本实验，读者和写者互斥访问的资源是文件，因此文件是咱们的临界资源。

咱们一步步来：

（1）不允许多个写者同时访问

文件需要一把互斥锁（mutex），

semaphore mutex=1;                 // 保护文件

写者的函数伪代码，很容易写出来（反次，一次只能一个写者访问），

// 写者
writer(){
    P(mutex)

    write

    V(mutex)
}

（2）不允许读者和写者同时访问

先不考虑多个读者之间，只考虑读者和写者，那么，

有写者写的时候，读者不能读
有读者读的时候，写者不能写

于是，有了读者初步伪代码，

// 读者
reader(){
    P(mutex)

    read

    V(mutex)
}

（3）允许多个读者读同一个文件

在（2）的基础上，再加上允许多个读者同时读一个文件（因为读不会改变内容）。想象下，现在有一个读者想读这个文件，

如果该文件有写者在写，已经上了锁，读不了，阻塞
如果该文件没有人在读，上锁，就可以读了
如果该文件已经有人在读，说明已经有其他读者给文件上锁了，我直接读就行了

分析到这里，你会发现，需要一个变量来统计读者的数目，

int reader_count = 0;            // 读者计数

可以初步写出下列伪代码，第一个读reader_count==0，给文件上锁；读完，最后一个离开reader_count==0，给文件解锁。

// 读者
reader(){
    if(reader_count==0){
        P(mutex);
    }
    reader_count++;

    read

    reader_count--;
    if(reader_count==0){
        V(mutex);
    }
}

但上述操作有个问题，reader_count是多个读者的共享变量，对reader_count操作包含，多个步骤，比如：

if(reader_count==0){
    P(mutex);
}
reader_count++;

存在互斥访问的可能，因此需要保护起来，咱们再定义一个互斥量，用来保护reader_count这个变量，

semaphore mutex_reader_count=1; // 保护reader_count变量

对reader_count操作，属于临界区，现在将其保护起来，于是咱们就有了如下完整的伪代码：

// 读者
reader(){
    P(mutex_reader_count);        // 保护reader_count
    if(reader_count==0){
        P(mutex);
    }
    reader_count++;
    V(mutex_reader_count);        // 对reader_count操作完成了

    read

    P(mutex_reader_count);        // 保护reader_count
    reader_count--;
    if(reader_count==0){
        V(mutex);
    }
    V(mutex_reader_count)        // 对reader_count操作完成了
}

3.3 实现

有了上述的思路，接下来就是实现。置换上述伪代码：

信号量创建，sem_init
PV操作分别对应于sem_wait和sem_post
read和write部分，读取文件和写入文件

4. 写在最后

知识是相通的，不管将来你做什么，希望你能从这些实验获取到一些经验。

初一看很难，但静下心来，对问题进行分解（类似于软件设计），其实你会发现并没那么难
不要过分依赖现有资源，你将来遇到的问题，很难有现成的答案（人生亦如此）。尝试着作为一个新问题来解决
换个思路，久而久之，你会发现大不同，比如咱们操作系统实验
- 一个思路，实验二信号量同步，先糊弄过去了，懒得深究；到了实验三还是信号量，糊弄起来更困难了；到了课设，说不定还要用到信号量；考试说不定还会考，你答不上来，你是否会为有这么多机会，一次都没把握住感到后悔？
- 换个思路，实验二信号量同步，我把信号量弄通了（就算当时没做出来，实验讲解后，掌握了解决问题的思路）；到了实验三，按已学的思路来，说不定多半能做出来；这样几次训练下来，对信号量已经很了解了。
- 你说，人生是不是也大概如此，是不是也要不断迭代呢。

实验讲解