33、原子对象实现与共享内存快照算法解析

原子对象实现与共享内存快照算法解析

1. 读写变量实现读写修改原子对象

在共享内存模型中，使用读写共享变量实现读写修改（Read-Modify-Write，RMW）原子对象是一个关键问题。如果不考虑容错，有简单的解决方案，如RMWfromR W算法：
- 将实现对象对应的RMW变量的最新值存于读写共享变量x中。
- 进程使用一组不同于x的读写共享变量，执行无锁互斥算法的尝试部分（如PetersonNP算法），以对原子对象进行操作。
- 当进程i进入互斥算法的临界区时，获得对x的独占访问权，先读再写完成RMW操作，最后执行互斥算法的退出部分。

然而，该算法不具备容错性，若进程在临界区失败，会阻止其他进程访问模拟的RMW变量。实际上，即使只容忍单个故障，也不存在使用读写共享变量实现RMW原子对象并保证1 - 故障终止的共享内存系统。

下面是相关证明的简要流程：
1. 假设存在这样的系统B。
2. 有RMWAgreement算法A，它在RMW共享内存模型中保证无等待终止，从而保证1 - 故障终止。
3. 对A应用转换，用B替换A中的单个共享RMW变量，得到系统Trans(A)。
4. 证明Trans(A)能解决一致性问题并保证1 - 故障终止，但这与读写共享内存模型中无法实现带1 - 故障终止的一致性算法相矛盾。

2. 共享内存的原子快照

在读写共享内存模型中，进程若能对共享内存的整个状态进行瞬时快照将非常有用，但该模型本身不直接提供此功能。下面将介绍如何实现这种快照，即快照原子对象。

2.1 问题定义