Peterson算法中内存屏障的放置：屏障2是否可保障互斥性？

背景与问题 #

我近期在研究共享内存系统中的锁机制，学习了Peterson算法——这是一种能保证互斥性、实现线程安全进入临界区的经典方法。算法核心代码如下：

bool interested[2] = {false,false}; 
int turn;

void enter(int me, int other) {
  interested[me] = true;
  //memory barrier 1
  turn = me;
  //memory barrier 2
  while(interested[other] && (turn == me)) ;
}

void exit(int me) {
  interested[me] = false;
}

在多CPU共享资源的场景下，该算法会遭遇指令重排问题：单CPU环境中，指令重排会维持程序语义，但多CPU时，同一代码的执行顺序可能被打乱。比如某线程的CPU可能把turn = me的写操作提前到interested[me] = true之前执行，若此时发生上下文切换，另一线程会误以为当前线程还未申请进入临界区，从而直接进入，后续切换回原线程后，两个线程会同时处于临界区，彻底破坏互斥性。

内存屏障可以通过强制保障屏障前后的指令顺序来解决这类问题。资料显示将屏障放在标注为memory barrier2的位置（while循环前）可行，我初步也认为这个位置有效，因为它能确保数组更新先完成，现在想确认这个结论是否正确？

结论与分析 #

将内存屏障放在memory barrier2的位置完全有效，具体原因如下：

• 该位置的内存屏障会强制要求：屏障之前的两个写操作（interested[me] = true和turn = me）必须在屏障之后的while循环读取操作（读取interested[other]和turn）之前完成执行，并且同步到所有CPU可见的共享内存中。
• 这就彻底阻断了CPU可能发生的、破坏互斥性的指令重排——不会再出现turn = me先于interested[me] = true执行的情况。当另一线程检查interested[other]时，必然能看到当前线程已经标记了自己想要进入临界区的状态，从而正确进入循环等待逻辑，保证同一时刻只有一个线程进入临界区。

这个位置的内存屏障精准覆盖了需要保障顺序的指令边界，完美适配Peterson算法在多CPU环境下的正确性要求，和你的初步判断一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Thomas Stokes