Аппаратная поддержка взаимоисключений

Алгоритм булочной (Bakery algorithm)

Алгоритм Петерсона

Данный алгоритм был предложен Деккером и развит Петерсоном (1981). Он использует идеи предыдущих алгоритмов.

Пусть оба процесса имеют доступ к массиву флагов готовности и к переменной очередности. При исполнении пролога критической секции процесс P_i заявляет о своей готовности выполнить критический участок и одновременно предлагает другому процессу приступить к его выполнению. Если оба процесса подошли к прологу практически одновременно, то они оба объявят о своей готовности и предложат выполняться друг другу. При этом одно из предложений всегда последует после другого. Тем самым работу в критическом участке продолжит процесс, которому было сделано последнее предложение.

shared int ready[2] = {0, 0}; shared int turn;

while (some condition)

{

ready[i] = 1;

turn =1- i;

while(ready[1-i] && turn == 1-i);

critical section

ready[i] = 0;

remainder section

}

Этот алгоритм удовлетворяет условиям 1-5

Основная идея алгоритма булочной выглядит так. Каждый вновь прибывающий клиент (процесс) получает талончик на обслуживание с номером. Клиент с наименьшим номером на талончике обслуживается следующим. К сожалению, из-за неатомарности операции вычисления следующего номера алгоритм булочной не гарантирует, что у всех процессов будут талончики с разными номерами. В случае равенства номеров на талончиках у двух или более клиентов первым обслуживается клиент с меньшим значением имени (имена можно сравнивать в лексикографическом порядке). Разделяемые структуры данных для алгоритма – это два массива

shared enum {false, true} choosing[n];

shared int number[n];

Изначально элементы этих массивов инициируются значениями false и 0соответственно. Введем следующие обозначения

(a,b) < (c,d), если a < c или если a == c и b < d

max(a₀, a₁,...., a_n) – это число k такое, что k >= a_i для всех i = 0,...,n

Структура процесса P_i для алгоритма булочной приведена в виде

while (some condition)

{

choosing[i] = true;

number[i] = max(number[0],..., number[n-1]) + 1;

choosing[i] = false;

for(j = 0; j < n; j++)

{

while(choosing[j]);

while(number[j]!= 0 && (number[j],j) < (number[i],i));

}

critical section

number[i] = 0;

remainder section

}

Этот алгоритм удовлетворяет условиям 1-5

Наличие аппаратной поддержки взаимоисключений позволяет упростить алгоритмы и повысить их эффективность точно так же, как это происходит и в других областях программирования. Многие КС помимо этого имеют специальные команды процессора, которые позволяют проверить и изменить значение машинного слова или поменять местами значения двух машинных слов в памяти, выполняя эти действия как атомарные операции. Концепции таких команд могут быть использованы для реализации взаимоисключений.