分布式系统互斥算法---集中式算法

分布式系统的基础是多进程之间的并发与协作，这就不可避免的涉及到多个进程对共享资源的互斥访问。

在单系统中，进程间对共享资源的互斥访问可以通过信号量、互斥锁来很容易的实现互斥；

在分布式系统中可能会稍微复杂一点，有些互斥算法的大体思想和单系统中的互斥锁比较类似（比如令牌）；但是分布式系统中还有其他更多的互斥方法；

分布式互斥算法可以分为两种不同类型：

1）基于令牌的解决方法，互斥是通过进程之间传递一个特殊的消息来实现的，我们称之为令牌，只有获得该令牌的进程才准许访问共享资源，访问完成后令牌传递给下一个进程；如果一个进程获得到令牌后并不需要访问共享资源，那么它就简单的把令牌传递给下一个进程即可。

2）基于许可的解决办法，一个进程要访问共享资源，就需要首先获得其他进程的许可。

下边我们来学习一下集中式算法：顾名思义我们就可以想象到，系统中有一个协作者统一管理对共享资源的访问，只有获取到协作者的允许，才能去访问共享资源，访问完成后需要及时知会协作者。

如图1所示，在此系统中，3作为协作者，来统一管理对共享资源的访问。在某一时刻，进程1向协作者3发起对共享资源的访问请求，此时协作者检测到没有其他进程在访问共享资源，就给进程1回复OK，允许其访问。

图1

如图2所示，在进程1访问共享资源的同时，进程2也向协作者3发起了访问请求，那么此时协作者3由于没有收到1访问结束的释放消息，就会把进程2的请求放到请求队列里边；拒绝2访问的做法此时有两种：一是不给2返回任何消息，此时2这边一直没有收到协作者的回复默认为拒绝访问，那么进程2就挂起；二是给进程2明确返回拒绝访问的消息，那么进程2将会不断轮询是否满足访问条件。

图2

如图3所示，进程1在访问共享资源完成后，给协作者一个访问结束的释放消息，此时协作者会从队列里取出第一个进程并向其回复允许消息，此时该进程获取到权限去访问共享资源。

从其实现原理上我们可以看到，该算法还是比较公平的，因为准许请求的顺序和接收他们的顺序是一致的；另外也很简单，每次访问请求只要求3条消息传递即请求、准许、释放；

但是其不足之处也是显而易见的，当系统非常庞大时，协作者将成为瓶颈；

在整个系统中，协作者要与其他进程之间要保持一定频率的检测机制，以便快速处理协作者单点故障，如果某个进程首先检测到协作者发生了故障，那么立刻按照预先设置的领导者选举算法发起新的协作者选举流程，最终选出一个新的协作者继续管理系统共享资源的访问。