操作系统中，生产者消费者问题&读者写者问题

2019-11-06 08:40:06

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

在学习操作系统的时候，这两个例子是我在网上找的比较容易理解的两个例子了第一个是生产者消费者问题 第二个是读者写者问题

问题描述桌子上有一只盘子，每次只能向其中放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，儿子专等吃盘子中的橘子，女儿专等吃盘子中的苹果。只有盘子为空时，爸爸或妈妈就可向盘子中放一个水果；仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出。问题分析 1) 关系分析。这里的关系稍复杂一些，首先由每次只能向其中放入一只水果可知爸爸和妈妈是互斥关系。爸爸和女儿、妈妈和儿子是同步关系，而且这两对进程必须连起来，儿子和女儿之间没有互斥和同步关系，因为他们是选择条件执行，不可能并发，如图2-8所示。

2) 整理思路。这里有4个进程，实际上可以抽象为两个生产者和两个消费者被连接到大小为1的缓冲区上。

进程之间的关系

3) 信号量设置。首先设置信号量plate为互斥信号量，表示是否允许向盘子放入水果，初值为1，表示允许放入，且只允许放入一个。信号量 apple表示盘子中是否有苹果，初值为0，表示盘子为空，不许取，若apple=l可以取。信号量orange表示盘子中是否有橘子，初值为0，表示盘子为空，不许取，若orange=l可以取。解决该问题的代码如下：

1. semaphore plate=l, apple=0, orange=0;2. dad() { //父亲进程3. while (1) {4. PRepare an apple;5. P(plate) ; //互斥向盘中取、放水果6. put the apple on the plate; //向盘中放苹果7. V(apple); //允许取苹果8. }9. }10. 11. mom() { // 母亲进程12. while(1) {13. prepare an orange;14. P(plate); //互斥向盘中取、放水果15. put the orange on the plate; //向盘中放橘子16. V(orange); //允许取橘子17. }18. }19. 20. son(){ //儿子进程21. while(1){22. P(orange) ; //互斥向盘中取橘子23. take an orange from the plate;24. V(plate); //允许向盘中取、放水果25. eat the orange;26. }27. }28. 29. daughter () { //女儿进程30. while(1) {31. P(apple); // 互斥向盘中取苹果32. take an apple from the plate;33. V(plate); //运行向盘中取、放水果34. eat the apple;35. }36. }

进程间的关系如图2-9所示。dad()和daughter()、mam()和son()必须连续执行，正因为如此，也只能在女儿拿走苹果后，或儿子拿走橘子后才能释放盘子，即V(plate)操作。

问题描述有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。因此要求：①允许多个读者可以同时对文件执行读操作；②只允许一个写者往文件中写信息；③任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；④写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。问题分析 1) 关系分析。由题目分析读者和写者是互斥的，写者和写者也是互斥的，而读者和读者不存在互斥问题。

2) 整理思路。两个进程，即读者和写者。写者是比较简单的，它和任何进程互斥，用互斥信号量的P操作、V操作即可解决。读者的问题比较复杂，它必须实现与写者互斥的同时还要实现与其他读者的同步，因此，仅仅简单的一对P操作、V操作是无法解决的。那么，在这里用到了一个计数器，用它来判断当前是否有读者读文件。当有读者的时候写者是无法写文件的，此时读者会一直占用文件，当没有读者的时候写者才可以写文件。同时这里不同读者对计数器的访问也应该是互斥的。

3) 信号量设置。首先设置信号量count为计数器，用来记录当前读者数量，初值为0; 设置mutex为互斥信号量，用于保护更新count变量时的互斥；设置互斥信号量rw用于保证读者和写者的互斥访问。

代码如下：

1. int count=0; //用于记录当前的读者数量2. semaphore mutex=1; //用于保护更新count变量时的互斥3. semaphore rw=1; //用于保证读者和写者互斥地访问文件4. writer () { //写者进程5. while (1){6. P(rw); // 互斥访问共享文件7. Writing; //写入8. V(rw) ; //释放共享文件9. }10. }11. 12. reader () { // 读者进程13. while(1){14. P (mutex) ; //互斥访问count变量15. if (count==0) //当第一个读进程读共享文件时16. P(rw); //阻止写进程写17. count++; //读者计数器加118. V (mutex) ; //释放互斥变量count19. reading; //读取20. P (mutex) ; //互斥访问count变量21. count--; //读者计数器减122. if (count==0) //当最后一个读进程读完共享文件23. V(rw) ; //允许写进程写24. V (mutex) ; //释放互斥变量 count25. }26. }

在上面的算法中，读进程是优先的，也就是说，当存在读进程时，写操作将被延迟，并且只要有一个读进程活跃，随后而来的读进程都将被允许访问文件。这样的方式下，会导致写进程可能长时间等待，且存在写进程“饿死”的情况。

如果希望写进程优先，即当有读进程正在读共享文件时，有写进程请求访问，这时应禁止后续读进程的请求，等待到已在共享文件的读进程执行完毕则立即让写进程执行，只有在无写进程执行的情况下才允许读进程再次运行。为此，增加一个信号量并且在上面的程序中 writer()和reader()函数中各增加一对PV操作，就可以得到写进程优先的解决程序。

1. int count = 0; //用于记录当前的读者数量2. semaphore mutex = 1; //用于保护更新count变量时的互斥3. semaphore rw=1; //用于保证读者和写者互斥地访问文件4. semaphore w=1; //用于实现“写优先”5. 6. writer(){7. while(1){8. P(w); //在无写进程请求时进入9. P(rw); //互斥访问共享文件10. writing; //写入11. V(rw); // 释放共享文件12. V(w) ; //恢复对共享支件的访问13. }14. }15. 16. reader () { //读者进程17. while (1){18. P (w) ; // 在无写进程请求时进入19. P (mutex); // 互斥访问count变量20. 21. if (count==0) //当第一个读进程读共享文件时22. P(rw); //阻止写进程写23. 24. count++; //读者计数器加125. V (mutex) ; //释放互斥变量count26. V(w); //恢复对共享文件的访问27. reading; //读取28. P (mutex) ; //互斥访问count变量29. count--; //读者计数器减130. 31. if (count==0) //当最后一个读进程读完共享文件32. V(rw); //允许写进程写33. 34. V (mutex); //释放互斥变量count35. }36. }

上一篇：maven整合springmvvc项目遇到的一些问题及解决方

下一篇：Ubuntu常用软件合集