使用PV原语解决操作系统中的读者写者问题

"操作系统实验 读者写者问题" 在操作系统中，读者写者问题是多进程或多线程并发控制的一个经典问题，它涉及到共享资源的访问。本实验旨在通过使用PV原语（信号量）来解决这个问题，让学生深入理解进程（线程）以及信号量的概念。PV原语是由荷兰计算机科学家Dijkstra提出的，P表示wait（等待），V表示signal（发送信号），用于进程间的同步和互斥。 实验的核心是定义一个数据缓冲区buffer和相应的信号量，以实现读者和写者的同步和互斥访问。这里，信号量扮演了关键角色，它们可以用来限制对共享资源的访问，确保不会出现数据不一致的情况。 1. **信号量设计**： - `Sr`：读者资源信号量，用于保护读操作的互斥，防止多个读者同时访问数据。 - `Scot`：读者计数器信号量，记录当前正在阅读的读者数量，确保写者知道何时所有读者都已离开。 - `Sdoc`：文档状态信号量，表示数据缓冲区的状态，是否被写者占用。 2. **读者函数**： - 读者首先调用P(Sr)，确保没有写者正在写入。 - 然后调用P(Scot)，减少读者计数器，表示一个读者开始读取。 - 如果是第一个读者，它会调用P(Sdoc)，获取对数据的独占访问权。 - 读取数据后，读者依次调用V(Scnt)、V(Sdoc)和V(Sr)，释放资源并允许其他读者或写者继续。 3. **写者函数**： - 写者首先调用P(Sdoc)，确保没有读者或写者正在使用缓冲区。 - 当有其他写者时，写者会等待直到该写者完成写操作。 - 写入数据后，调用V(Sdoc)，释放缓冲区，让其他读者或写者可以访问。 4. **主函数**： - 主函数负责创建读者和写者进程，根据用户输入决定创建的数量。 - 创建的进程将执行读者或写者函数，实现并发访问。 5. **设计思路**： - 读者使用P(Sr)和P(Scot)来确保没有写者且自己不是唯一读者，而P(Sdoc)保证读操作的互斥。 - 写者通过P(Sdoc)保证独占访问，写入后释放资源。 - 在主函数中，通过创建进程并调用相应函数，模拟并发环境，验证设计的正确性。 实验中，学生需要编写代码实现以上逻辑，并通过改变数据来观察结果，确保代码符合预期。同时，鼓励学生与同学交流，不断优化和完善代码。这个实验是一个很好的实践平台，让学生亲手解决并发控制中的实际问题，加深对操作系统中同步机制的理解。