互斥问题答案

【问题标题】：Mutual Exclusion Problem互斥问题
【发布时间】：2009-01-04 19:06:47
【问题描述】：

请看下面的伪代码：

boolean blocked[2];
int turn;
void P(int id) {
      while(true) {
             blocked[id] = true;
             while(turn != id) {
                    while(blocked[1-id])
                    /* do nothing */;
                    turn = id;
             }
             /* critical section */
             blocked[id] = false;
             /* remainder */
      }
}
void main() {
      blocked[0] = false;
      blocked[1] = false;
      turn = 0;
      parbegin(P(0), P(1)); //RUN P0 and P1 parallel
}

我认为可以使用上面的代码实现一个简单的互斥解决方案。但它不起作用。有人知道为什么吗？

任何帮助将不胜感激！

【问题讨论】：

请发布真实代码而不是伪代码，并指定语言。多线程容易出现非常细微的错误 - 查看准确代码至关重要。
我之前犯过这个错误（发布psudo），在贴出真实代码的过程中发现了问题。所以拜托，真正的代码。
另外，你怎么知道它不起作用？
不工作是指...？
该程序是用 C 语言编写的，我无法发布源代码，因为它真的很长。问题是，在某些时候，两个过程都访问了关键部分......

标签： mutex

【解决方案1】：

互斥在此示例中无法保证，原因如下：

我们从以下情况开始：

blocked = {false, false};
turn = 0;

P1 现在执行，并跳过

  blocked[id] = false; // Not yet executed.

现在的情况是：

blocked {false, true}
turn = 0;

现在 P0 执行。它通过第二个 while 循环，准备执行临界区。而当 P1 执行时，它会将 turn 设置为 1，并且也准备好执行临界区。

顺便说一句，这种方法最初是由 Hyman 发明的。他于 1966 年将其发送给 ACM 通讯

【讨论】：

【解决方案2】：

在此示例中不保证互斥，原因如下：

我们从以下情况开始：

turn= 1;
blocked = {false, false};

执行如下：

P0: while (true) {
P0:   blocked[0] = true;
P0:   while (turn != 0) {
P0:     while (blocked[1]) {
P0:     }
P1: while (true) {
P1:   blocked[1] = true;
P1:   while (turn != 1) {
P1:   }
P1:   criticalSection(P1);
P0:     turn = 0;
P0:   while (turn != 0)
P0:   }
P0:   critcalSection(P0);

【讨论】：

【解决方案3】：

这是作业，还是一些嵌入式平台？有什么理由不能使用 pthread 或 Win32（相关的）同步原语吗？

【讨论】：

【解决方案4】：

也许你需要将blocked和turn声明为volatile，但是不指定编程语言就无法知道。

【讨论】：

【解决方案5】：

并发不能这样实现，尤其是在多处理器（或多核）环境中：不同的核/处理器有不同的缓存。这些缓存可能不一致。下面的伪代码可以按所示顺序执行，结果如下：

get blocked[0] -> false   // cpu 0
set blocked[0] = true     // cpu 1 (stored in CPU 1's L1 cache)
get blocked[0] -> false   // cpu 0 (retrieved from CPU 0's L1 cache)
get glocked[0] -> false   // cpu 2 (retrieved from main memory)

您需要硬件知识来实现并发。

【讨论】：

【解决方案6】：

编译器可能已经优化了“空”while 循环。将变量声明为 volatile 可能会有所帮助，但不能保证在多处理器系统上就足够了。

【讨论】：