Peterson の相互排除アルゴリズム |セット 1 (基本的な C 実装)
問題： 2 つのプロセス i と j があるとすると、追加のハードウェア サポートなしで 2 つのプロセス間の相互排他を保証できるプログラムを作成する必要があります。
解決： この問題を解決するには複数の方法がありますが、ほとんどの方法では追加のハードウェア サポートが必要です。これを行う最も簡単で最も一般的な方法は、Peterson の相互排除アルゴリズムを使用することです。これは 1981 年に Peterson によって開発されましたが、この方向の最初の作業は、 カバーのアルゴリズム 1960 年に、後にピーターソンによって改良され、として知られるようになりました。 ピーターソンのアルゴリズム 。
基本的に Peterson のアルゴリズムは、共有メモリのみを使用して相互排他を保証します。アルゴリズムでは 2 つのアイデアが使用されています。
- ロックを取得する意欲。
- 回してロックを取得します。
前提条件: C でのマルチスレッド化
説明 : アイデアは、最初にスレッドがロックを取得したいという欲求を表明し、 フラグ[自分] = 1 そして、他のスレッドにロックを取得する機会を与えます。スレッドがロックを取得したい場合は、ロックを取得し、そのチャンスを最初のスレッドに渡します。ロックを取得したくない場合は、while ループが中断され、最初のスレッドがその機会を取得します。
以下のコード実装では、POSIX スレッド ( pthread ) これは C プログラムや低レベルのシステム プログラミングでは一般的ですが、より多くの手動作業と型キャストが必要です。
#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.
出力：
Thread Entered: 1
Thread Entered: 0
Actual Count: 2000000000 | Expected Count: 2000000000
生成される出力は 2*10 です 9 ここで10 9 両方のスレッドによって増分されます。
詳しくはこちら Peterson の相互排除アルゴリズム |セット2
