آخرین بروزرسانی 2 روز قبل

الگوریتم پیترسون (Peterson’s Algorithm) چیست؟

آشنایی با پترسون: کلیدی برای حل مسئله همروندی در کامپیوتر

سلام دوستان عزیز!

امروز می‌خوایم درباره‌ی یه موضوع خیلی مهم توی دنیای کامپیوتر صحبت کنیم: "پترسون". شاید این اسم یکم عجیب به نظر برسه، ولی پترسون یه الگوریتمه که به ما کمک می‌کنه تا مشکلات مربوط به همروندی رو حل کنیم. همروندی یعنی چی؟ یعنی وقتی چند تا برنامه یا چند تا قسمت از یه برنامه همزمان دارن یه کار رو انجام میدن. تصور کنید چند نفر همزمان می‌خوان از یه مداد استفاده کنن؛ خب، یه نفر باید اولویت داشته باشه، درسته؟ پترسون هم دقیقا همین کار رو می‌کنه.

فرض کنید ما یه فایل متنی داریم که دو تا برنامه می‌خوان همزمان اون رو ویرایش کنن. اگه این دو تا برنامه همزمان تغییرات رو اعمال کنن، ممکنه اطلاعات مهمی از بین بره. پترسون به ما کمک می‌کنه تا مطمئن بشیم که فقط یه برنامه در یه زمان مشخص می‌تونه فایل رو ویرایش کنه. اینجوری از خراب شدن اطلاعات جلوگیری می‌کنیم.

چطور کار می‌کنه؟

الگوریتم پترسون از دو تا متغیر اصلی استفاده می‌کنه: یه متغیر برای نشون دادن اینکه یه برنامه می‌خواد وارد بخش بحرانی بشه (بخشی که فقط یه برنامه باید توش باشه) و یه متغیر دیگه برای اینکه نشون بده نوبت کدوم برنامه‌ست. یه جورایی مثل یه چراغ راهنمایی عمل می‌کنه که مشخص می‌کنه کی می‌تونه رد بشه.

به این جدول دقت کنید تا بهتر متوجه بشید:

متغیر توضیح مقدار
flag[i] نشون میده که برنامه i ام می‌خواد وارد بخش بحرانی بشه. true یا false
turn نشون میده که نوبت کدوم برنامه‌ست. 0 یا 1

برنامه‌ی شماره صفر (برنامه i=0) وقتی می‌خواد وارد بخش بحرانی بشه، اول flag[0] رو true می‌کنه و بعد turn رو برابر 1 قرار میده (یعنی نوبت برنامه شماره یک است). بعد منتظر می‌مونه تا flag[1] برابر false بشه یا turn برابر 0 بشه. وقتی این اتفاق افتاد، می‌تونه وارد بخش بحرانی بشه. وقتی کارش تموم شد، flag[0] رو false می‌کنه.

برنامه‌ی شماره یک هم دقیقا همین کار رو انجام میده، فقط جای صفر و یک عوض میشه. اینطوری مطمئن میشیم که فقط یه برنامه در یه زمان مشخص می‌تونه وارد بخش بحرانی بشه و اطلاعات ما امن میمونه.

یه مثال ساده

فرض کنید دو تا فرآیند (Process) داریم به نام‌های A و B که می‌خوان یه متغیر مشترک به اسم counter رو افزایش بدن. اگه این دو تا فرآیند همزمان این کار رو انجام بدن، ممکنه مقدار نهایی counter درست نباشه. پترسون میتونه اینجا به ما کمک کنه.

بدون پترسون (مشکل):

  1. فرآیند A مقدار counter رو میخونه (مثلا 5).
  2. فرآیند B مقدار counter رو میخونه (همون 5).
  3. فرآیند A مقدار counter رو یکی افزایش میده و مقدارش رو برابر 6 میکنه.
  4. فرآیند B مقدار counter رو یکی افزایش میده و مقدارش رو برابر 6 میکنه (دوباره!).

در این حالت، انتظار داشتیم مقدار counter برابر 7 بشه، اما شده 6!

با استفاده از پترسون (حل مشکل):

فرآیند A و B قبل از اینکه counter رو افزایش بدن، باید از الگوریتم پترسون برای کسب اجازه استفاده کنن. اینجوری فقط یه فرآیند در هر لحظه میتونه counter رو افزایش بده و مقدار نهایی درست خواهد بود. در واقع پترسون یه نوع "قفل" ایجاد میکنه که فقط یک فرآیند میتونه اون رو داشته باشه.

چرا پترسون مهمه؟

الگوریتم پترسون یه مثال خیلی خوب از چگونگی حل مشکلات همروندیه. درسته که توی برنامه‌های خیلی پیچیده امروزی از روش‌های پیشرفته‌تری استفاده میشه، ولی درک پترسون یه قدم مهم برای فهمیدن مفاهیم پیشرفته‌تره. این الگوریتم به ما یاد میده که چطور منابع مشترک رو به درستی مدیریت کنیم تا برنامه هامون درست کار کنن.

خلاصه

پترسون یه الگوریتم ساده ولی مهم برای حل مشکلات همروندیه. با استفاده از این الگوریتم، می‌تونیم مطمئن بشیم که فقط یه برنامه در یه زمان مشخص می‌تونه به یه منبع مشترک دسترسی داشته باشه و اینطوری از خراب شدن اطلاعات جلوگیری کنیم. اگه برنامه‌نویسی رو دوست دارید، حتما باید با این الگوریتم آشنا باشید. این یه ابزار مفیده توی جعبه ابزار یه برنامه نویس حرفه ای. اما به یاد داشته باشید که استفاده از این الگریتم محدودیت هایی هم داره، و در سیستم های پیچیده امروزی کاربرد کمتری دارد. و در آخر با یآد گیری این الگریتم شما یک قدم از بقیه جلوتر هستید.

کلمات کلیدی

پترسون، همروندی، بخش بحرانی، الگوریتم، منابع مشترک، قفل، برنامه نویسی، process, algorithm

پترسون دقیقا چی کار می‌کنه؟
پترسون یه راه حله برای اینکه مطمئن بشیم فقط یه برنامه می‌تونه در هر لحظه به یه بخش مهم از کد دسترسی داشته باشه. اینجوری از تداخل برنامه‌ها و خراب شدن اطلاعات جلوگیری میشه.
آیا پترسون توی همه زبا‌ن‌های برنامه‌نویسی قابل استفاده‌ست؟
بله، مفهوم پترسون رو میشه توی هر زبانی پیاده‌سازی کرد. فقط باید بتونید متغیرها رو به درستی مدیریت کنید.
آیا پترسون برای برنامه‌های پیچیده هم مناسبه؟
پترسون بیشتر برای فهمیدن مفاهیم همروندی مناسبه. برای برنامه‌های خیلی پیچیده، ممکنه نیاز به روش‌های پیشرفته‌تری داشته باشید.
من یه برنامه نویس تازه کار هستم. یادگیری پترسون به من کمک میکنه؟
قطعا! فهمیدن پترسون یه پایه خوب برای یادگیری مفاهیم پیشرفته‌تر همروندی و مدیریت منابع مشترکه.
آیا الگوریتم دیگری هم مثل پترسون برای این منظور وجود دارد؟
بله الگوریتم‌های دیگری هم وجود دارند، برای مثال Semaphores و Mutex ها که در سیستم های پیشرفته‌تر استفاده میشوند.

به اشتراک گذاشتن این مطلب در شبکه های اجتماعی

امتیاز شما به این مطلب

امتیاز: 5 از 5 (مجموع 1 رای)

اولین نفری باشید که در مورد این مقاله نظر می دهید!

7698- V5
Terms & Conditions | Privacy Policy

techfeed.ir© 2024 All rights reserved