5、无色无等待计算的理论与实践

无色无等待计算的理论与实践

在分布式计算领域，处理多个进程的系统需要更高级的理论和方法。本文将介绍无色无等待计算的相关内容，包括操作模型、组合模型以及无色即时快照的计算能力等方面。

1. 操作模型

操作模型是一种抽象概念，它不试图精确表示多核架构或云计算服务的构建方式，而是从一个简洁的基本抽象开始，后续再涵盖特定的感兴趣模型。

1.1 概述

分布式系统由称为进程的通信状态机组成。为方便起见，可将进程建模为具有可能无限状态集的顺序自动机。值得注意的是，系统中可计算任务的集合不会因将单个进程建模为图灵机或具有无限状态的更强大自动机而改变，分布式计算的重要问题主要与通信和知识传播有关，与单个进程的计算能力关系不大。

目前，我们考虑的计算模型中，进程通过读写共享内存进行通信。在现代共享内存多处理器（通常称为多核）中，内存是一系列可单独寻址的字，多核提供了在单个原子步骤中读写单个内存字的指令。为了便于分析，我们使用该模型的理想化版本，将传统的读写指令转换为具有更清晰组合结构的等效形式。

这里引入了“快照”操作，即能够在单个原子步骤中读取任意长的连续字序列。“即时快照”由两个连续步骤组成：第一步，进程将其视图写入内存中的一个字，可能与其他进程并发进行；第二步，它对部分或全部内存进行快照，同样可能与其他进程并发进行。需要强调的是，在即时快照中，快照步骤紧接着写入步骤。

虽然基于即时快照的模型表面上可能不太现实，但它有两个重要优点：一是简化了下界分析，因为任何使用即时快照无法解决的任务，使用单字读写也无法解决；二是不影响任务的可解性，因为可以从单字读写构造无等待快照，也能从快照和单字写指令构造无等待即时快照。 <