8、并行与分布式系统：通信、原子操作与共识协议解析

并行与分布式系统：通信、原子操作与共识协议解析

在当今数字化时代，并行与分布式系统在各个领域发挥着至关重要的作用。本文将深入探讨并行与分布式系统中的通信机制、原子操作以及共识协议等关键概念。

1. 并行与分布式系统中的通信

在并行与分布式系统里，通信是实现并发活动协同工作与协调的关键。通信渠道使并发活动能够相互配合，而通信协议则将嘈杂且不可靠的渠道转化为能按顺序传递消息的可靠渠道。

1.1 通信方式

并发活动之间的通信主要通过共享内存或消息传递两种方式实现。云应用的多个实例、服务器及其客户端等大多采用消息传递进行通信。消息传递接口（MPI）支持同步和异步通信，被广泛应用于并行和分布式应用中。它具有模块化的优点，可防止通信活动相互影响，例如服务器故障时，未在故障期间使用服务的客户端不受影响。

1.2 通信模式

并行应用的通信模式更具结构性，而分布式应用的并发活动通信模式则更具动态性和非结构性。屏障同步要求并发运行的线程在完成当前任务后才能进行下一个任务。有时，会有一个协调器来协调并发活动之间的通信；而在其他情况下，各个线程则直接相互通信。

2. 原子操作

在并行和分布式应用中，处理共享资源时需要特别注意原子操作。

2.1 原子操作的必要性

以金融应用中的账户记录为例，一个线程在处理交易时，需要读取账户当前余额、更新余额并写回新余额。若线程在完成这三个步骤前被中断，且另一个线程同时对该账户进行操作，就会导致金融交易结果错误。同样，在账户间转账时，若系统在完成第一个账户操作后崩溃，会造成数据不一致。因此，多步操作应能无中断地完成，即