Perteson互斥算法的理解

引用自 计算机系统 核心概念及软硬件实现

第一次尝试实现互斥

#尝试编程实现互斥

#进程1
do
    while (turn != 1)
        ; //nothing
    cirtical section
    turn = 2;
    remainder section
while ( ! done1);

#进程2
do
    while (turn != 2)
        ; //nothing
    critical section
    turn = 1;
    remainder section
while (! done2);

此算法保证了互斥，但要求进程严格交替执行do循环，存在问题：如果一直想执行进程1而不执行进程2，那么此实现时无法做到的

第二次尝试实现互斥

#编程实现互斥的另一次尝试

#进程1
do
    enter1 = TRUE;
    while (enter2)
        ; //nothing
    critical section
    enter1 = FALSE;
    remainder section
while (! done1);

#进程2
do
    enter2 = TRUE;
    while (enter1)
        ; //nothing
    critical section
    enter2 = FALSE;
    remainder section
while (! done2);

此算法保证了互斥，也能够实现：某一进程多次执行而另一线程不被执行。
但，此算法有死锁：进程1设置enter1为TRUE后，调度进程2，进程2设置enter2为TRUE，然后进程2判断while (enter1)，此循环耗尽时间片（进程2无法进入临界区、后续执行代码），调度进程1，进程1判定while (enter2)条件也成立，循环而无法进入临界区、执行后续代码，死锁形成。

Perterson互斥算法

#Perterson互斥算法

#进程1
do
    enter1 = TRUE;
    turn = 2;
    while (enter2 && (turn == 2))
        ; //nothing
    critical section
    enter1 = FALSE;
    remainder section
while (! dine1);

#进程2
do
    enter2 = TRUE;
    turn = 1;
    while (enter1 && (turn == 1))
        ; //nothing
    critical section
    enter2 = FALSE;
    remainder section
while (! done2);

直接理解Peterson算法，可能略显晦涩，不好区分enter和turn的含义，梳理Peterson算法的逻辑含义。

怎么理解Perterson算法呢？我们给出一个与上述算法类似的编码实现，对比方便理解：

#Perterson算法的类比编码实现

/*此实现直观地结合了“第一次尝试实现互斥”和“第二次尝试实现互斥”*/

#进程1
do
    enter1 = TRUE;
    while (enter2 && (turn == 2))
        ; //nothing
    critical section
    enter1 = FALSE;
    turn = 2;
    remainder section
while ( !done1);

#进程2
do
    enter2 = TRUE;
    while (enter1 && (turn == 1))
        ; //nothing
    critical section
    enter2 = FALSE;
    turn = 1;
    remainder section
while (! done2)

上面这个编码实现，结合了前两种编码实现方式（第一次尝试实现互斥、第二次尝试实现互斥），可以达到互斥、某一线程持续调度、无死锁的设计【不具体分析各场景，可参考计算机系统 核心概念及软硬件实现】。

我们的编码实现是什么含义呢？

1. enter1 = TRUE表示进程1准备进入临界区，enter1 = FALSE；turn = 2表示进程1离开临界区，进程2可以进去临界区。
2. 进程2在临界区中时，进程1无法进入临界区（while (enter2 && (turn == 2)）。
3. 进程1执行完毕临界区代码后，才允许进程2进入临界区（turn = 2）。

基于上面的理解，我们这样理解Peterson算法：

1. enter理解为，进程有进入临界区的意图（enter1 = TRUE表示进程1有意图进入临界区）；
2. turn理解为，并发系统允许进入临界区的进程（turn = 1表示并发控制系统判定进程1可以进入临界区）；
3. 进程有进入临界区的意图，并且，系统允许其进入临界区的进程，才可以进入临界区（enter1 && (turn == 1)）；
4. 对进程1，如果互斥的进程（进程2）满足上述第3点，那么进程1循环等待，以礼让进程2先进入临界区（while (enter2 && (turn == 2); //nothing）。
5. 进程1是这样礼让进程2的，turn = 2，turn是可以理解为并发控制系统允许进入临界区的进程。

最后，比较我们编写的实现方式和Peterson算法，我们编写的方式虽然效果与Perterson算法相同，但有缺陷：

1. 系统最初运行时，需要一个turn值，此turn值即并发系统允许运行的第一个进程（不具体分析场景），此设计可以理解为硬编码，人为干预并发系统调度，不好；
2. 进程离开临界区后修改turn值，这个turn值决定了下一次进程并发时哪一个进程可以继续执行，这就导致了，并发调度结果取决于上一次并发执行的顺序，每次并发调度不是独立的，不好。