3、并行计算中的经典问题与挑战

并行计算中的经典问题与挑战

在并行计算的世界里，存在着诸多经典问题，这些问题不仅在理论上具有重要意义，而且在实际的计算机系统中也有着广泛的应用。本文将深入探讨几个经典问题，包括生产者 - 消费者问题、读者 - 写者问题以及并行化的现实挑战，并介绍相关的解决方案和重要定律。

生产者 - 消费者问题

生产者 - 消费者问题是一个经典的同步问题。想象这样一个场景：Alice 和 Bob 离婚后，法官将宠物判给了 Alice，并让 Bob 负责喂养宠物。但宠物和 Alice 站在一边，看到 Bob 就会攻击他。因此，他们需要设计一个协议，让 Bob 能给宠物送食物，同时保证 Bob 和宠物不会同时出现在院子里。而且，这个协议不能浪费任何人的时间，即 Alice 只有在院子里有食物时才会放宠物出去，Bob 只有在宠物吃完所有食物后才会进入院子。

为了解决这个问题，他们采用了一个有趣的“罐子 - 绳子”协议。Bob 在 Alice 的窗台上放一个直立的罐子，将绳子的一端系在罐子上，另一端放在自己的客厅。当他把食物放进院子后，就拉绳子把罐子弄倒。此后，Alice 放宠物出去时会按以下步骤操作：
1. 等待罐子倒下。
2. 放出宠物。
3. 宠物回来后，检查它们是否吃完食物。如果吃完了，就把罐子重新立起来。

Bob 则按以下步骤操作：
1. 等待罐子立起。
2. 把食物放进院子。
3. 拉绳子把罐子弄倒。

这个协议满足以下三个重要属性：
- 互斥性 ：Bob 和宠物永远不会同时在院子里。
- 无饥饿性