算法

类比

Lamport把这个并发控制算法非常直观地类比为顾客去面包店采购。面包店一次只能接待一位顾客的采购。已知有n位顾客要进入面包店采购，按照次序安排他们在前台登记一个签到号码。该签到号码逐次增加1。顾客根据签到号码的由小到大的顺序依次入店购货。完成购买的顾客在前台把其签到号码归0。 如果完成购买的顾客要再次进店购买，就必须重新排队。

这个类比中的顾客就相当于线程，而入店购货就是进入临界区独占访问该共享资源。由于计算机实现的特点，存在两个线程获得相同的签到号码的情况，这是因为两个线程几乎同时申请排队的签到号码，读取已经发出去的签到号码情况，这两个线程读到的数据是完全一样的，然后各自在读到的数据上找到最大值，再加1作为自己的排队签到号码。为此，该算法规定如果两个线程的排队签到号码相等，则线程id号较小的具有优先权。

进入临界区

已经拿到排队签到号码的线程，要轮询检查自己是否可以进入临界区。即检查n个线程中，自己是否具有最小的非0排队签到号码；或者自己是具有最小的非0排队签到号码的线程中，id号最小的。

可以用伪代码表示上述检查:

等价于:

非临界区

一旦线程在临界区执行完毕，需要把自己的排队签到号码置为0，表示处于非临界区.

算法实现

定义

数组Entering[i]为真，表示进程i正在获取它的排队登记号；

数组Number[i]的值，是进程i的当前排队登记号。如果值为0，表示进程i未参加排队，不想获得该资源。规定这个数组元素的取值没有上界。

正在访问临界区的进程如果失败，规定它进入非临界区，Number[i]的值置0，即不影响其它进程访问这个互斥资源。

伪代码

// declaration and initial values of global variablesEntering:array[1..NUM_THREADS]ofbool={false};Number:array[1..NUM_THREADS]ofinteger={0};1lock(integeri){2Entering[i]=true;3Number[i]=1+max(Number[1],...,Number[NUM_THREADS]);4Entering[i]=false;5for(j=1;j<=NUM_THREADS;j++){6// Wait until thread j receives its number:7while(Entering[j]){/* nothing */}8// Wait until all threads with smaller numbers or with the same9// number, but with higher priority, finish their work:10while((Number[j]!=0)&&((Number[j],j)<(Number[i],i))){/* nothing */}13}14}1516unlock(integeri){17Number[i]=0;18}1920Thread(integeri){21while(true){22lock(i);23// The critical section goes here...24unlock(i);25// non-critical section...26}27}

讨论

每个线程只写它自己的Entering[i]、Number[i]，只读取其它线程的这两个数据项。

这个算法不需要基于硬件的原子(atomic)操作实现，即它可以纯软件实现。

使用Entering数组是必须的。假设不使用Entering数组，那么就可能会出现这种情况：设进程i的优先级高于进程j(即i)，两个进程获得了相同的排队登记号(Number数组的元素值相等)。进程i在写Number[i]之前，被优先级低的进程j抢先获得了CPU时间片，这时进程j读取到的Number[i]为0，因此进程j进入了临界区. 随后进程i又获得CPU时间片，它读取到的Number[i]与Number[j]相等，且i，因此进程i也进入了临界区。这样，两个进程同时在临界区内访问，可能会导致数据腐烂(data corruption)。算法使用了Entering数组变量，使得修改Number数组的元素值变得“原子化”，解决了上述问题。

具体实现时，可以把上述伪代码中的忙等待(busy wait)，换成交出线程的执行权，例如yield操作.

参见

Peterson算法

Szymanski算法

信号量

参考文献

On hispublications page, Lamport has added some remarks regarding the algorithm.

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