操作系统——实现多个进程之间同步（Peterson改进以及面包店算法）

Posted 2021-05-21 ^_^|

（1）改进Peterson算法
存在三个进程时，当三个进程都在执行，那么像之前所讲的Peterson仅仅将自己阻塞的方式就不太好使，起码要阻塞两个，所以单单使用turn那样非此即彼的方式难以实现。为此，我们尝试如下的实现方式。

Filter算法
// initialization
waiting[N-1] = { -1 }; // the waiting process of each level 0...N-2
level[N] = { -1 };     // current level of processes 0...N-1

// code for process #i
for(l = 0; l < N-1; ++l) {
    level[i] = l;
    waiting[l] = i;
    while(waiting[l] == i &&
          (there exists k ≠ i, such that level[k] ≥ l)) {
        // busy wait
    }
}

// critical section

level[i] = -1; // exit section

算法说明：
其中waiting数组类似于一个等待的房间，所有的线程想要进入critical section，就必须从小到大经过所有的房间，最坏的情况是N的线程有N-1个呆在房间里面等待，只有一个线程进入critical section。
对于level数组，表示的是每一个线程在第几个房间等待。例如 level[i] = j; 表示第 i 个线程在房间 j 等待。另外 -1 表示没有进入critical section的请求。
我们可以看出代码最核心的一段while判断，如果某个房间是的等待着是当前的线程，并且已经有别的线程在序号更大的房间了，那么就继续等待。由此可见，有两种方式能够让当前线程向前进：
前方没有别的线程在更大的房间里面等待，则可以向前推进。
有别的后来者线程也想进入我当前的房间，并且把waiting号给改了，这样当前线程就被动地被推进到下一级的房间。
由filter算法去反思Peterson算法，可见其中的flags数组表示两个进程的等待级别，而turn变量则是阻塞（忙等待）的线程队列，这个队列只需要容纳一个元素。

（2）面包店算法

process(i) {
   while (true) {
Enter [i] = 1;
Number[i] = 1 + max(Number[1], ,Number[N]);
Enter [i] = 0;
    for (j=1; j<=N; ++j) {
while (Enter[j] != 0) {}  //如果procee(j)在获取编号，则等待process(j)获得他的编号      
while ((Number[j]!=0)&& ((Number[j],j) < (Number[i],i))) {} //如果j取过号也在竞争临界区，则编号越小，优先级越大；优先级相同，则比编号
}
critical section
    Number[i] = 0;
non-critical section
}
}

算法说明：
该方式同样可以实现多个进程之间实现进程同步，让我们以三个为例说明。
假设当前只有process(i)需要使用资源，那么它将顺利进入临界区，满足了空闲让进的要求。
当i, j, k三个进程同时需要进入时，假设他们的先后顺序为I, j, k。那么在i进程中，如果j或者k在取号，则先等他们取完，等待取完后，i将跟他们比较优先级，此时i先来，所以优先级更高，进入临界区。
相应的在j和k中跟i的步骤差不多，不过当比较优先级时，他们会发现i的优先级更高，于是阻塞忙等。
当i进程用完临界区后，将number[i]置0，此时再到j/k进程，此时将跳过i，再进行j和k的优先级比较，从而获取临界区的访问权限。