Peterson算法

1 应用范围

  • 只能应用在两个线程竞争的情况下,更多线程竞争不适用
  • 不需要借助锁或类似cas的原子操作,但是需要处理器保证”单位数据”(例如32bit整数)的存取是原子的

2 基本原理

  • 在内存中有3个”单位数据”作为标记,其中一个线程可以写第1和第3个,另一个线程可以写第2和第3个
  • 每个线程读取三个”单位数据”的值来判断自己是否进入临界区,没有则重复检测状态(类似spinLock)
  • 进出临界区的时候都要修改值

3 代码实现

#define FALSE 0
#define TRUE 1
#define N 2     // 进程数量
int share;      // 公共标记
int own[N];     // 线程自维护数据,初始化为FALSE 
void enter_region( int threadId ) // 线程号,取值为0,1
{
    int other = 1 - threadId; // 代表另外的那个线程的号
    own[threadId] = TURE;      // 设置当前线程的意向值为TURE
    share = threadId;       // 设置标志位
    while( share == threadId && own[other] == TURE ); // 当互斥条件不满足即while里面的条件满足时忙等待
}
void leave_region( int threadId )
{
    own[threadId] = FALSE; // 设置意向值表示不感兴趣
}

在下文的描述中用own[0]、own[1]、share的顺序来描写三元组。(原作者SpiritsAway在这里的解释似乎有问题,我重新写了下,如有错误请留言指出)

  • thread0到达while循环
三元组的值 状态
(1,0,0) 可进入,此时thread1完全在临界区之外
(1,0,1) 可进入,实际不可能出现
(1,1,0) 不可进入,此时可能thread1正在临界区内
(1,1,1) 可进入,此时说明share值是被thread1写入的,而此时thread1无法进入临界区

- thread1到达while循环

三元组的值 状态
(0,1,0) 可进入,实际不可能出现
(0,1,1) 可进入,此时thread0完全在临界区之外
(1,1,0) 可进入,此时说明share值是被thread0写入的,而此时thread0无法进入临界区
(1,1,1) 不可进入,此时可能thread0正在临界区内

Peterson算法不需要原子(atomic)操作,即它是纯软件途径解决了互斥锁的实现。但需要注意限制CPU对内存的访问顺序的优化改变(编译器的一个优化点)。因为它依赖于这个时序实现:先写入own再写入share,判断while中的条件时反过来,先读取share再读取own。

参考

[1] http://spiritsaway.info/cpp/concurrency-in-cpp.html
[2] http://zh.wikipedia.org/wiki/Peterson%E7%AE%97%E6%B3%95
[3] http://zh.wikipedia.org/wiki/Category:%E5%B9%B6%E5%8F%91%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%AE%97%E6%B3%95

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