Maekawa算法

在分布式系统中，我们经常需要确保小组中一些任务互斥。Maekawa算法是实现这种互斥的算法之一。

Maekawa算法可以为一个小组中的进程提供互斥，即同一时间只有一个进程可以进入关键区。Maekawa算法是基于轮换算法设计的，其中节点被划分为多个轮换。

实现

该算法是基于一个简单的想法。节点被分配到多个组中，每个组有一个标识符。处理器只对其当前组中的其他处理器发起请求。 每个处理器都会到一个特定的组中，并且每个组最多有K个处理器。 每组有一个队列，它包含要进入关键区域的请求。

可以使用以下密钥：

N：节点总数。
K：每个组的节点数。
P：节点编号。
G：节点组号。
Q：节点到达关键区的顺序号。
C：总共的组数。

核心算法

Maekawa算法的核心是交替使用两个请求队列。 两个队列分别是：先前使用的队列和尚未使用的队列。 处理器首先向先前使用的队列中发送请求，然后只有失败时才通过尚未使用的队列发送请求。 如果一个请求队列已满，则请求不会进行。

Maekawa算法保证在同一时间至多有一个节点可以被批准进入关键区域。 以下是该算法的伪代码：

do
{
  Wait-for-input;
  
  if (Quorum_Granted == 2)
  {
    Quorum_Granted = 0;
    Enter-CS;
    Release-CS;
  
    for (int i = 0; i < K; i++)
      if (Requst_Granted[i])
      {
        Request_Granted[i] = false;
        send-message(S[i], Release-quota);
      }
  }

  received a message;
  parse-message;
  
  if (this is a request message)
  {
    generate-reply-message;
    send-reply-message (to node that made request);
  }
  else if (this is a reply message)
  {
    Reply_Granted++;
    if (Quorum_Granted < 2 && (Reply_Granted % Intersection(G) == 0))
    {
      Quorum_Granted = 2;
      send-request-messages;
    }
  }
  else if (this is a release message)
  {
    Release_Granted++;
    if (Quorum_Granted == 1 && Release_Granted % Intersection(G))
    {
      Quorum_Granted = 2;
      send-request-messages;
    }
  }
  else if (this is a exit message)
  {
    Exit_Granted++;
    if (Exit_Granted == (N - 1))
      return;
  }
} while (true);

以上是 Maekawa算法的核心部分。

结论

Maekawa算法提供了一种可靠的方法，可确保在同一时间内只有一个进程被授予进入关键区域的权限。 此算法是分布式系统中处理共享资源时的一种基本方法。

在使用 Maekawa算法时需要考虑很多因素。 这包括节点组数，节点数量和需要访问共享资源的频率等。 然而，该算法是一种非常有效和可扩展的方法，可以在各种不同的系统上实现。

参考资料

• Distributed Systems: Maekawa’s Algorithm
• Exploring Distributed Systems: Maekawa’s Algorithm Revisited

注意：该文章提供的代码片段仅作为伪代码参考，并不完整计算机程序，并不保证准确性和可靠性。