标签：opTime int 写者 读者 sem 多线程 id

 

一、同步互斥问题 - 读者写者问题之写者优先

（一）问题要求

• 抽象解释：多个进程访问一个共享的数据区
• 读者（读进程）只能读数据，写者（写进程）只能写数据
• 适用于数据库、文件、内存、寄存器等数据区的访问模型
• 如12306购票系统，由于用户量庞大和数据量巨大，不可避免地会出现多个进程同时查询（读）或修改（写）同一条数据的情况

1.读者-写者问题的读写操作限制(仅读者优先或写者优先)

• 写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。写者之间必须互斥（你和室友不能同时申请购买元旦那天早上七点G1234的6D号位置）
• 读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。读者写者之间也互斥（假如你正在买G1234的6D座位，你的室友无法读到该位置的售票信息）
• 读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。读者之间不互斥（你和室友可以同时查看元旦那天早上7点的高铁信息）

2.写者优先的附加限制

  如果一个读者申请进行读操作时已有另一写者在等待访问共享资源，则该读者必须等到没有写者处于等待状态后才能开始读操作。

（二）写者优先实现思路

  

 

• 有写者声明要写时，不允许读者再进入临界区
• 降低了并发度
• 有越过读者的现象，会造成读者饥饿
• 变量设置

写者优先与读者优先类似。不同之处在于一旦一个写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。为此应当添加一个整型变量write_count，用于记录正在等待的写者的数目，当 write_count=0 时，才可以释放等待的读者线程队列。
  为了对全局变量 write_count 实现互斥，必须增加一个互斥对象mutex2。
  为了实现写者优先，应当添加一个临界区对象 read，当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在 read 上。同样，有读者读时，写者必须等待。于是，必须有一个互斥对象 RW_mutex 来实现这个互斥。
  有写者在写时，写者必须等待。
  读者线程要对全局变量 read_count 实现操作上的互斥，必须有一个互斥对象命名为 mutex1。

（三）实现代码

1.代码中信号量解析

• 设置五个信号量，分别是 RWMutex, mutex1, mutex2, mutex3, wrt，两个全局整型变量writeCount, readCount
• 信号量mutex1在写者的进入区和退出区中使用，使得每次只有一个写者对其相应进入区或推出区进行操作，主要原因是进入区和退出区存在对变量writeCount的修改，每个写者其进入区中writeCount加1，退出区中writeCount减1。信号量RWMutex则是读者和写者两个之间的互斥信号量，保证每次只读或者只写。写者优先中，写者的操作应该优先于读者，则信号量一直被占用着，直到没有写者的时候才会释放，即当writeCount等于1的时候，申请信号量RWMutex，其余的写者无需再次申请，但是写者是不能同时进行写操作的，则需要设置一个信号量wrt来保证每次只有一个写者进行写操作，当写者的数量writeCount等于0的时候，则证明此时没有没有读者了，释放信号量RWMutex。信号量mutex2防止一次多个读者修改readCount。当readCount为1的时候，为阻止写者进行写操作，申请信号量wrt，则写者就无法进行写操作了。信号量mutex3的主要用处就是避免写者同时与多个读者进行竞争，读者中信号量RWMutex比mutex3先释放，则一旦有写者，写者可马上获得资源。

2.代码

*
*     写者优先
*/

# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
# include <time.h>
# include <sys/types.h>
# include <pthread.h>
# include <semaphore.h>
# include <string.h>
# include <unistd.h>

//semaphores
sem_t RWMutex, mutex1, mutex2, mutex3, wrt;
int writeCount, readCount;


struct data {
    int id;
    int opTime;
    int lastTime;
};

//读者
void* Reader(void* param) {
    int id = ((struct data*)param)->id;
    int lastTime = ((struct data*)param)->lastTime;
    int opTime = ((struct data*)param)->opTime;

    sleep(opTime);
    printf("Thread %d: waiting to read\n", id);    

    sem_wait(&mutex3);
    sem_wait(&RWMutex);
    sem_wait(&mutex2);
    readCount++;
    if(readCount == 1)
        sem_wait(&wrt);
    sem_post(&mutex2);
    sem_post(&RWMutex);
    sem_post(&mutex3);

    printf("Thread %d: start reading\n", id);
    /* reading is performed */
    sleep(lastTime);
    printf("Thread %d: end reading\n", id);

    sem_wait(&mutex2);
    readCount--;
    if(readCount == 0)
        sem_post(&wrt);
    sem_post(&mutex2);

    pthread_exit(0);
}

//写者
void* Writer(void* param) {
    int id = ((struct data*)param)->id;
    int lastTime = ((struct data*)param)->lastTime;
    int opTime = ((struct data*)param)->opTime;

    sleep(opTime);
    printf("Thread %d: waiting to write\n", id);

    sem_wait(&mutex1);
    writeCount++;
    if(writeCount == 1){
        sem_wait(&RWMutex);
    }
    sem_post(&mutex1);

    sem_wait(&wrt);
    printf("Thread %d: start writing\n", id);
    /* writing is performed */
    sleep(lastTime);
    printf("Thread %d: end writing\n", id);
    sem_post(&wrt);

    sem_wait(&mutex1);
    writeCount--;
    if(writeCount == 0) {
        sem_post(&RWMutex);
    }
    sem_post(&mutex1);

    pthread_exit(0);
}

int main() {
    //pthread
    pthread_t tid; // the thread identifier

    pthread_attr_t attr; //set of thread attributes

    /* get the default attributes */
    pthread_attr_init(&attr);

    //initial the semaphores
    sem_init(&mutex1, 0, 1);
    sem_init(&mutex2, 0, 1);
    sem_init(&mutex3, 0, 1);
    sem_init(&wrt, 0, 1);
    sem_init(&RWMutex, 0, 1);

    readCount = writeCount = 0;

    int id = 0;
    while(scanf("%d", &id) != EOF) {

        char role;        //producer or consumer
        int opTime;        //operating time
        int lastTime;    //run time

        scanf("%c%d%d", &role, &opTime, &lastTime);
        struct data* d = (struct data*)malloc(sizeof(struct data));

        d->id = id;
        d->opTime = opTime;
        d->lastTime = lastTime;

        if(role == 'R') {
            printf("Create the %d thread: Reader\n", id);
            pthread_create(&tid, &attr, Reader, d);

        }
        else if(role == 'W') {
            printf("Create the %d thread: Writer\n", id);
            pthread_create(&tid, &attr, Writer, d);
        }
    }

    sem_destroy(&mutex1);
    sem_destroy(&mutex2);
    sem_destroy(&mutex3);
    sem_destroy(&RWMutex);
    sem_destroy(&wrt);

    return 0;
}

 

3.测试

测试数据

 

1 R 3 5
2 W 4 5
3 R 5 2
4 R 6 5
5 W 7 3

测试结果

 

 

二、同步互斥问题 - 读者写者问题之读者优先

（一）问题要求

1.读者-写者问题的读写操作限制(仅读者优先或写者优先)

• 写-写互斥，即不能有两个写者同时进行写操作。
• 读-写互斥，即不能同时有一个线程在读，而另一个线程在写。
• 读-读允许，即可以有一个或多个读者在读。

2.读者优先的附加限制

  如果一个读者申请进行读操作时已有另一个读者正在进行读操作，则该读者可直接开始读操作。

（二）读者优先实现思路

  读者优先指的是除非有写者在写文件，否则读者不需要等待。所以可以用一个整型变量read_count记录当前的读者数目，用于确定是否需要释放正在等待的写者线程(当read_count=0时，表明所有的读者读完，需要释放写者等待队列中的一个写者)。每一个读者开始读文件时，必须修改read_count变量。因此需要一个互斥对象mutex来实现对全局变量read_count修改时的互斥。
  另外，为了实现写-写互斥，需要增加一个临界区对象write。当写者发出写请求时，必须申请临界区对象的所有权。通过这种方法，也可以实现读-写互斥，当read_count=1时(即第一个读者到来时)，读者线程也必须申请临界区对象的所有权。
  当读者拥有临界区的所有权时，写者阻塞在临界区对象write上。当写者拥有临界区的所有权时，第一个读者判断完“read_count==1”后阻塞在write上，其余的读者由于等待对read_count的判断，阻塞在mutex上。

（三）实现代码

1.代码

 

/*
*   读者优先
*/

# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
# include <time.h>
# include <sys/types.h>
# include <pthread.h>
# include <semaphore.h>
# include <string.h>
# include <unistd.h>

//semaphores
sem_t wrt, mutex;
int readCount;

struct data {
    int id;
    int opTime;
    int lastTime;
};

//读者
void* Reader(void* param) {
    int id = ((struct data*)param)->id;
    int lastTime = ((struct data*)param)->lastTime;
    int opTime = ((struct data*)param)->opTime;

    sleep(opTime);
    printf("Thread %d: waiting to read\n", id);
    sem_wait(&mutex);
    readCount++;
    if(readCount == 1) 
        sem_wait(&wrt);
    sem_post(&mutex);

    printf("Thread %d: start reading\n", id);
    /* reading is performed */
    sleep(lastTime);
    printf("Thread %d: end reading\n", id);

    sem_wait(&mutex);
    readCount--;
    if(readCount == 0)
        sem_post(&wrt);
    sem_post(&mutex);
    pthread_exit(0);
}

//写者
void* Writer(void* param) {
    int id = ((struct data*)param)->id;
    int lastTime = ((struct data*)param)->lastTime;
    int opTime = ((struct data*)param)->opTime;

    sleep(opTime);
    printf("Thread %d: waiting to write\n", id);
    sem_wait(&wrt);

    printf("Thread %d: start writing\n", id);
    /* writing is performed */
    sleep(lastTime);
    printf("Thread %d: end writing\n", id);

    sem_post(&wrt);
    pthread_exit(0);
}

int main() {
    //pthread
    pthread_t tid; // the thread identifier

    pthread_attr_t attr; //set of thread attributes

    /* get the default attributes */
    pthread_attr_init(&attr);

    //initial the semaphores
    sem_init(&mutex, 0, 1);
    sem_init(&wrt, 0, 1);
    readCount = 0;

    int id = 0;
    while(scanf("%d", &id) != EOF) {

        char role;      //producer or consumer
        int opTime;     //operating time
        int lastTime;   //run time

        scanf("%c%d%d", &role, &opTime, &lastTime);
        struct data* d = (struct data*)malloc(sizeof(struct data));

        d->id = id;
        d->opTime = opTime;
        d->lastTime = lastTime;

        if(role == 'R') {
            printf("Create the %d thread: Reader\n", id);
            pthread_create(&tid, &attr, Reader, d);

        }
        else if(role == 'W') {
            printf("Create the %d thread: Writer\n", id);
            pthread_create(&tid, &attr, Writer, d);
        }
    }

    //信号量销毁
    sem_destroy(&mutex);
    sem_destroy(&wrt);

    return 0;
}

 

2.测试

测试数据

 

1 R 3 5
2 W 4 5
3 R 5 2
4 R 6 5
5 W 7 3

测试结果

 

 

 知识理解链接：https://blog.csdn.net/weixin_44827418/article/details/106195361

标签：opTime,int,写者,读者,sem,多线程,id
From： https://www.cnblogs.com/MRC-/p/16887082.html