面包房算法在进程同步中的应用

在讨论进程同步中的面包房算法之前，您需要先了解“进程同步”、“临界区”和“进程间通信”这些术语。

什么是进程同步？

在多进程系统中，进程同步是一种协调多个进程执行的方法，它确保所有进程以受控且可预测的方式访问共享资源。

进程同步的主要目标是避免系统中的竞争条件问题。尽管如此，它还可以解决并发系统中许多其他与同步相关的的问题。因此，进程同步确保多个进程访问共享资源时不会相互干扰。它还可以防止由于并发访问导致数据不一致的可能性。

进程同步中的临界区

在进程同步中，临界区是程序中必须一次只由一个进程独占执行的部分。在临界区中，共享资源（例如硬件设备、数据结构、变量等）必须在并发进程之间同步，以确保一致性。

我们使用不同的进程同步技术，如信号量、互斥锁等，来确保一次只有一个进程访问临界区。这些同步技术提供互斥访问，并确保一次只有一个进程可以进入临界区。

什么是进程间通信 (IPC)？

进程间通信是一种允许在计算机上运行的不同进程相互通信并共享数据和资源的技术。在多进程系统中，进程间通信是现代操作系统的重要组成部分。

有各种方法可以实现进程间通信，例如共享内存、套接字、管道、消息队列和远程过程调用 (RPC)。每种方法都有其自身的优缺点，方法的选择取决于应用程序的需求。

了解了这些基本术语之后，现在让我们讨论进程同步中的面包房算法。

面包房算法在进程同步中的应用

面包房算法是一种简单的进程同步算法，用于防止程序或操作系统临界区中的竞争条件问题。

面包房算法是一种互斥算法。因此，它允许多个进程以正确的方式访问程序的临界区。该算法通过为每个请求访问临界区的进程分配一个唯一的编号来运行。

面包房算法基于先进先出 (FIFO) 的原则。因此，编号最小的进程优先访问临界区。如果两个或多个进程被分配了相同的编号，则进程ID较低的进程优先。

在此算法中，维护两个数组，一个数组是标志，指示进程当前正在请求进入临界区；另一个数组是编号，指示进程请求进入临界区的顺序。

当一个进程请求访问临界区时，它首先将其标志设置为 true，然后选择数组中最大的数字，并将其加一来获得自己的唯一编号。然后，此进程等待获得对临界区的访问权限。

当进程进入临界区后，其标志将设置为 false，这表示此进程不再需要访问临界区。因此，进程释放其编号，以便其他进程可以使用它。

从根本上说，进程同步中的面包房算法确保没有两个进程可以同时访问临界区。然而，面包房算法并非没有饥饿问题，即在此算法中，如果分配的编号过高，进程可能不得不无限期地等待。

面包房算法数据结构

choosing [0 … n-1] number [0 … n-1] While (true){
   choosing [i] = true;
   number [i] = max × {number [0], number [1], … number [n-1]} + 1; choosing [i] = false;
   for (j = 0; j < n; j++){
      while choosing [j] {};
      while number [j] != 0 and (number [j], j) < (number [i], i)
      {};
   }
   critical section number [i] = 0; remainder section
}

说明 - 以上代码的执行解释如下：

最初，进程将其“choosing”变量设置为 true，表示它打算进入临界区。之后，根据其他进程分配给它一个最大编号。“choosing”变量随后设置为 false，表示它已分配了一个编号。这是面包房算法最重要的部分。

代码前三行的目的是，如果一个进程正在修改其编号，则此时不允许其他进程检查其现已失效的旧编号。之后，检查进程的编号，编号最小或进程 ID 最小的进程进入临界区。

结论

总之，面包房算法是一种简单有效的进程同步算法，可用于多进程系统中同步对代码中临界区的访问。此算法的实现简单易懂，不需要复杂的数据结构和硬件支持。

面包房算法确保所有进程都有公平的机会访问临界区。面包房算法的另一个主要优点是可扩展性，这意味着它可以处理任意数量的进程而不会降低性能。因此，面包房算法是一种高效可靠的互斥算法，用于进程同步以避免临界区问题。

Saini Manish Kumar

更新于：2023年4月4日

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