PV 操作讀者寫者問題

讀者-寫者問題

訊號量的英文叫做 semaphore，是乙個用於在程序間傳遞的特殊便量，通常定義成乙個結構體，其中包含乙個整形變數，以及乙個佇列，如下:

struct semaphore

一般來說，s >= 0，s 表示可用資源數量。執行一次 p 操作意味著請求分配乙個單位資源，因此 s–，當 s <= 0 表示已經沒有可用資源了，這時請求者就必須等待別的程序釋放該資源，它才能繼續執行，否則就進入阻塞狀態。

而執行一次 v 操作意味著釋放乙個單位資源，因此 s++，而當執行完一次 v 操作後，如果此時 s < 0，就表示說當前還有 |s| 個正在等待的阻塞態程序，因此要喚醒乙個程序，使之執行下去。

在往下看 pv 操作的實現之前，我們先假設，當前呼叫 pv 操作的程序為p_proc_ready，然後對乙個程序而言，有兩種狀態(pv_state)，分別為阻塞態pv_process_block以及就緒態pv_process_ready。

並且，我們還要加上乙個schedule()方法，目的是在執行完 p 操作後，因為當前程序進入了阻塞態，因此我們要找到下乙個要執行的程序並把控制權交給它，簡單來說，schedule()就是負責重新排程。

p 操作意味請求分配乙個資源，也稱為 wait() 操作，使 s–，若 s < 0，程序進入阻塞態，放入訊號量的等待佇列。

p
(semaphore s)
}

v 操作意味釋放乙個單位資源，也可以稱為 signal() 操作，使 s++，若 s <= 0，要喚醒乙個程序，使之繼續執行。

v
(semaphore s)
}

讀者-寫者問題可以分為兩種策略，以下就來分別做介紹以及程式碼實現。不過在介紹這兩種策略之前，先要有一些基礎知識。

在讀者-寫者問題中，有一區是程序之間共享的資料區，而程序分為讀者程序和寫者程序。讀者程序當然是負責從這個共享區讀取資料，而寫者程序則是向該共享區寫入資料。並且，有一些規則無論是在哪種策略下，都必須遵守:

同時可以有多個讀者讀共享區

同時只能有至多乙個寫者寫共享區

如果當前有寫者在寫共享區，那麼就不能有任何讀者在讀共享區

無論是哪種策略，在沒有程序占用臨界區時，讀者與寫者的競爭都是公都是公平的，所謂的不公平(優先)是在讀者優先和寫者優先中，優先方只要占有臨界區，那麼之後所有優先方的程序就都有了臨界區的主導權。

除非沒有優先方程序提出要求，否則始終是優先方程序占有臨界區，反觀，即使非優先方在某次占有了臨界區，那麼釋放過後，回到沒有程序占有臨界區的情況時，非優先方又要和優先方公平競爭。所謂「優先」的概念其實可以理解為優先方在占有臨界區後便可以對臨界區進行「壟斷」。

讀者優先策略的規則如下:

即使寫者發出了請求寫的訊號，但是只要還有讀者在讀取內容，就還允許其他讀者繼續讀取內容(體現了優先方始終擁有進入臨界區的主導權)，直到所有讀者結束讀取，才真正開始寫。

有讀者在讀後面來的讀者可以直接進入臨界區，而已經在等待的寫者繼續等待直到沒有任何乙個讀者時。

讀者之間不互斥，寫者之間互斥，只能乙個寫，可以多個讀。

讀者寫者之間互斥，有寫者寫則不能有讀者讀。

讀者優先解決方案:

int readcount =0;
semaphore mutex1, wrt;
mutex1.count =1;
wrt.count =1;
// 讀者程序結構
reader_first_reader 
v(mutex1)
;/* reading operation */
p(mutex1)
;        readcount--;if
(readcount ==0)
v(mutex1);}
// 寫者程序結構
reader_first_writer

寫者優先策略的規則如下:

如果有寫者申請寫資料，在申請之前已經開始讀取資料的可以繼續讀取，但是如果再有讀者申請讀取資料，則被拒絕，只有在所有的寫者寫完之後才可以讀取。

寫者執行緒的優先順序高於讀者執行緒。

當有寫者到來時應該阻塞讀者執行緒的佇列。

當有乙個寫者正在寫時或在阻塞佇列時應當阻塞讀者程序的讀操作，直到所有寫者程序完成寫操作時放開讀者程序。

寫者優先解決方案:

在讀者優先的基礎上增加:

int readcount, writecount =0;
semaphore mutex1, mutex2, mutex3, wrt, rd;
mutex1.count =1;
mutex2.count =1;
mutex3.count =1;
wrt.count =1;
rd.count =1;
// 讀者程序結構
writer_first_reader 
v(mutex1);v
(rd);v
(mutex3)
;/* reading operation */
p(mutex1)
;        readcount--;if
(readcount ==0)
v(mutex1);}
// 寫者程序結構
writer_first_writer 
v(mutex2);p
(wrt)
;/* writing operation */
v(wrt);p
(mutex2)
;        writecount--;if
(writecount ==0)
v(mutex2)
;}

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