带测试和集合的有界等待互斥

Question

我正在阅读著名的操作系统概念书（Avi Silberschatz、Peter Baer Galvin、Greg Gagne）第 9 版：http://codex.cs.yale.edu/avi/os-book/OS9/

在进程同步章节中，有一个“有界等待互斥与test_and_set”的算法如下：

do {
    waiting[i] = true;
    key = true;  // <-- Boolean variable that I do not see its utility
    while (waiting[i] && key) // <-- the value of the key variable here is always true
        key = test_and_set(&lock); // <-- it might become false here, but what is the point?
    waiting[i] = false;

    /* critical section */

    j = (i + 1) % n;
    while ((j != i) && !waiting[j]) 
        j = (j + 1) % n; 
    if (j == i) 
        lock = false; 
    else
        waiting[j] = false;

    /* remainder section */
} while (true); 

我看不到布尔变量key的作用（在上面代码的第3、4和5行使用），我看到我们可以删除它而不会对算法产生任何特殊影响，是吗？对还是我错过了什么？

Answer 1

您可以将算法简化为：

do {
    waiting[i] = true;
    while (waiting[i] && test_and_set(&lock)) ;
    waiting[i] = false;

    /* critical section */

    j = (i + 1) % n;
    while ((j != i) && !waiting[j]) 
        j = (j + 1) % n; 
    if (j == i) 
        lock = false; 
    else
        waiting[j] = false;

    /* remainder section */
} while (true);

这将是完全相同的。我猜作者使用key 是因为他们认为这会使代码更易于阅读。

如 cmets 中所问：

通常，当使用test_and_set 时，您只需使用while(test_and_set(&lock)) ;。但是，在这种情况下，您要确保线程只等待有限的时间来获得锁。这是通过waiting 数组完成的。在我们解锁的关键部分结束时，我们不会简单地将lock 设置为 false，这是您通常解锁它的方式。相反，我们尝试找到下一个等待锁的线程。接下来，我的意思是增加线程 ID，然后在我们点击 n（j = (j + 1) % n; 部分）时循环。如果找到这样的线程j，我们将waiting[j] 设置为false 而不是lock。

这可以防止 2 个或更多线程不断获取锁而另一个线程或线程组一直在等待的情况。例如，假设 3 个线程正在等待同一个锁（线程 0、1 和 2）。假设线程 0 释放锁，然后线程 1 抓住它。当线程 1 拥有锁时，线程 0 尝试再次获取锁，当线程 1 释放锁时，线程 0 而不是线程 2 来获取锁。这可能会无限重复，线程 2 永远不会获得锁。

在这种使用waiting 数组的边界等待算法中，这种行为不会发生。如果三个线程不断地抢锁，则根据线程 ID 的下一个线程将下一个，例如线程 0 将获取并释放锁，然后是线程 1，然后是线程 2。这是因为每个线程都在等待 lock 或其在 waiting 数组中的条目变为 false。如果当一个线程即将释放锁时另一个线程正在等待锁，它会设置waiting 条目而不是lock 仅从自旋等待中释放该线程。这可以防止一个或多个线程无限期等待锁的病态情况。