logo

Petersonov algoritmus pre vzájomné vylúčenie Sada 1 (základná implementácia C)

Problém: Vzhľadom na 2 procesy I a J musíte napísať program, ktorý môže zaručiť vzájomné vylúčenie medzi nimi bez ďalšej hardvérovej podpory.

Riešenie: Môže existovať niekoľko spôsobov, ako vyriešiť tento problém, ale väčšina z nich vyžaduje ďalšiu podporu hardvéru. Najjednoduchší a najobľúbenejší spôsob, ako to dosiahnuť, je použitie Petersonovho algoritmu na vzájomné vylúčenie. Peterson ho vyvinula v roku 1981, hoci počiatočnú prácu v tomto smere vykonal Theodorus Jozef Dekker Algoritmus krytu v roku 1960, ktorý neskôr Peterson vylepšil a stal sa známy ako Petersonov algoritmus .



Petersonov algoritmus v podstate poskytuje zaručené vzájomné vylúčenie iba použitím zdieľanej pamäte. V algoritme používa dva nápady:

  1. Ochota získať zámok.
  2. Otočte sa a získajte zámok.

Predpoklad: Multithreading v C

Vysvetlenie : Myšlienka je, že najprv vlákno vyjadruje svoju túžbu získať zámok a nastaviť vlajka [self] = 1 A potom dáva druhému vláknu šancu získať zámok. Ak sa vlákno želá získať zámok, dostane zámok a odovzdá šancu na 1. vlákno. Ak si to nechce dostať zámok, potom sa slučka rozbije a prvé vlákno dostane šancu.

Implementácia kódu nižšie používa vlákna POSIX (pthread), čo je bežné v programoch C a programovaní systému na nižšej úrovni, ale vyžaduje viac manuálnej práce a písania.



C++
#include    #include  using namespace std; int flag[2]; int turn; const int MAX = 1e9; int ans = 0; void lock_init() {  flag[0] = flag[1] = 0;  turn = 0; } void lock(int self) {  flag[self] = 1;  turn = 1 - self;  while (flag[1 - self] == 1 && turn == 1 - self); } void unlock(int self) {  flag[self] = 0; } void* func(void* s) {  int i = 0;  int self = (int)s;  cout << 'Thread Entered: ' << self << endl;  lock(self);  for (i = 0; i < MAX; i++)  ans++;  unlock(self);  return nullptr; } int main() {  pthread_t p1 p2;  lock_init();  pthread_create(&p1 nullptr func (void*)0);  pthread_create(&p2 nullptr func (void*)1);  pthread_join(p1 nullptr);  pthread_join(p2 nullptr);  cout << 'Actual Count: ' << ans << ' | Expected Count: ' << MAX * 2 << endl;  return 0; 
C
// mythread.h (A wrapper header file with assert // statements) #ifndef __MYTHREADS_h__ #define __MYTHREADS_h__ #include  #include    #include  void Pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *m) {  int rc = pthread_mutex_lock(m);  assert(rc == 0); }   void Pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *m) {  int rc = pthread_mutex_unlock(m);  assert(rc == 0); }   void Pthread_create(pthread_t *thread const pthread_attr_t *attr   void *(*start_routine)(void*) void *arg) {  int rc = pthread_create(thread attr start_routine arg);  assert(rc == 0); } void Pthread_join(pthread_t thread void **value_ptr) {  int rc = pthread_join(thread value_ptr);  assert(rc == 0); } #endif // __MYTHREADS_h__ 
Java
import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class PetersonSpinlockThread {  // Shared variables for mutual exclusion  private static int[] flag = new int[2];  private static int turn;  private static final int MAX = (int) 1e9;  private static int ans = 0;  private static Lock mutex = new ReentrantLock();  // Initialize lock variables  private static void lockInit() {  flag[0] = flag[1] = 0;  turn = 0;  }  // Acquire lock  private static void lock(int self) {  flag[self] = 1;  turn = 1 - self;  // Spin until the other thread releases the lock  while (flag[1 - self] == 1 && turn == 1 - self);  }  // Release lock  private static void unlock(int self) {  flag[self] = 0;  }  // Function representing the critical section  private static void func(int self) {  int i = 0;  System.out.println('Thread Entered: ' + self);  lock(self); // Acquire the lock  for (i = 0; i < MAX; i++)  ans++;  unlock(self); // Release the lock  }  // Main method  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  // Create two threads  Thread t1 = new Thread(() -> func(0));  Thread t2 = new Thread(() -> func(1));  lockInit(); // Initialize lock variables  t1.start(); // Start thread 1  t2.start(); // Start thread 2  t1.join(); // Wait for thread 1 to finish  t2.join(); // Wait for thread 2 to finish  // Print the final count  System.out.println('Actual Count: ' + ans + ' | Expected Count: ' + MAX * 2);  } } 
Python
import threading # Shared variables for mutual exclusion flag = [0 0] turn = 0 MAX = int(1e9) ans = 0 mutex = threading.Lock() # Initialize lock variables def lock_init(): global flag turn flag = [0 0] turn = 0 # Acquire lock def lock(self): global flag turn flag[self] = 1 turn = 1 - self # Spin until the other thread releases the lock while flag[1 - self] == 1 and turn == 1 - self: pass # Release lock def unlock(self): global flag flag[self] = 0 # Function representing the critical section def func(self): global ans i = 0 print(f'Thread Entered: {self}') with mutex: lock(self) # Acquire the lock for i in range(MAX): ans += 1 unlock(self) # Release the lock # Main method def main(): # Create two threads t1 = threading.Thread(target=lambda: func(0)) t2 = threading.Thread(target=lambda: func(1)) lock_init() # Initialize lock variables t1.start() # Start thread 1 t2.start() # Start thread 2 t1.join() # Wait for thread 1 to finish t2.join() # Wait for thread 2 to finish # Print the final count print(f'Actual Count: {ans} | Expected Count: {MAX * 2}') if __name__ == '__main__': main() 
JavaScript
const flag = [0 0]; let turn = 0; const MAX = 1e9; let ans = 0; function lock_init() {  flag[0] = flag[1] = 0;  turn = 0; } function lock(self) {  flag[self] = 1;  turn = 1 - self;  while (flag[1 - self] === 1 && turn === 1 - self); } function unlock(self) {  flag[self] = 0; } async function func(self) {  let i = 0;  console.log('Thread Entered:' self);  lock(self);  for (i = 0; i < MAX; i++)  ans++;  unlock(self); } async function main() {  lock_init();  const promise1 = func(0);  const promise2 = func(1);  await Promise.all([promise1 promise2]);  console.log('Actual Count:' ans '| Expected Count:' MAX * 2); } main(); //This code is contribuited by Prachi. 

Výstup: 

Thread Entered: 1  
Thread Entered: 0
Actual Count: 2000000000 | Expected Count: 2000000000

Vyrobený výstup je 2*109kde 109sa zvyšuje oboma vláknami.

Prečítajte si viac o Petersonov algoritmus pre vzájomné vylúčenie Sada 2
 



ahoj svet java