操作系统同步算法（一）

    最近接触了一些多线程的程序设计，主要涉及到使用多线程对一个缓冲区的数据进行读写。以前觉得多线程好像也不怎么难，到这时候才发现原来是自己所接触到的多线程程序太简单了。好了，废话不多说，直接切入主题，操作系统同步算法。
   
    本科时候所学习的操作系统课程，里面有一个非常重要的部分是关于进程的同步，考试也是必考内容，以前一直感觉晕晕的，想不到这个时候验证了“出来混总是要还的”这句话。以前没理解好，现在来恶补一下。多线程作为现代操作系统的一个基本特征，很多地方和进程的设计理念是类似的，就比如同步算法。

    我们知道，当多个线程同时运行时，是由操作系统对其进行调度，线程的运行顺序是我们无法控制的。这个时候，传统的结构化程序自顶向下的分析思想就显得捉襟见肘了。而事实是，不仅在程序分析上会变得很麻烦，程序对资源的访问的控制也需要进行非常仔细的掂量。关于“读脏”数据等并发引起的问题就不进行详细叙述。

    我们来看第一个非常简单的例子，非常经典的读者/写者问题。

    问题简单描述：有一个读者和一个写者，当写者在进行写作的时候，读者不能阅读，读者阅读的时候，写者不能进行写作。也就是说，读者和写者只能有一个运行，另外一个要阻塞。

算法是用C语言在Linux下实现的

/**
**读写互斥问题
**读的时候不能写，写的时候不能读
**
**/
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
//声明一把互斥锁
pthread_mutex_t mutex;

void writer(void)
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("writer加锁成功，开始写...\n");
        sleep(2);
        printf("writer写操作结束，释放互斥锁\n");
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}

void reader(void)
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("reader加锁成功，开始读...\n");
        sleep(2);
        printf("reader读操作结束，释放互斥锁\n");
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }  
}

int main(void)
{
    printf("初始化互斥锁\n");
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    pthread_t thread_writer;
    pthread_t thread_reader;
    printf("开始读写线程\n");
    pthread_create(&thread_reader,NULL,(void *)reader,NULL);
    pthread_create(&thread_writer,NULL,(void *)writer,NULL);
    printf("回收线程\n");
    pthread_join(thread_reader,NULL);
    pthread_join(thread_writer,NULL);
    printf("运行结束\n");
    return 0;
}

注意：编译的时候要加上-lpthread
编译命令示例：gcc -o mutex.exe mutex.c -lpthread

    这个程序由于设计上不是很合理，会进入一个无限循环，所以在控制台下运行以后要使用Ctrl+C来强行结束程序的运行，不过不影响整个算法的主要流程。

    我们运行以后可以发现一个很严重的问题，读者或者写者的其中一个可能会长期占据着互斥锁的加锁权，从而导致另外一个线程长期没有机会运行，导致一种线程“饿死”现象。

    在实际的读写过程中，比较正常的一种简单情况是，先写再读，读写交替。下一篇文章我们来改进一下本文的算法，使其达到读写交替的目的。