進(jìn)程互斥的軟件實(shí)現(xiàn)方法，以下是詳細(xì)介紹：

幾種軟件互斥

單標(biāo)志法

• 實(shí)現(xiàn)邏輯
  • 在進(jìn)入?yún)^(qū)，只進(jìn)行“檢查”操作，不執(zhí)行“上鎖”動(dòng)作 。通過一個(gè)共享變量turn來記錄當(dāng)前允許進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程。
  • 在退出區(qū)，把臨界區(qū)的使用權(quán)轉(zhuǎn)交給另一個(gè)進(jìn)程，相當(dāng)于為另一進(jìn)程“解鎖”，同時(shí)給自己“上鎖”。例如，若進(jìn)程P0在退出臨界區(qū)時(shí)，將turn設(shè)為1，表示現(xiàn)在允許P1進(jìn)入臨界區(qū)。
• 主要問題：不遵循“空閑讓進(jìn)”原則。如果一個(gè)進(jìn)程一直不進(jìn)入臨界區(qū)，即使臨界區(qū)空閑，另一個(gè)進(jìn)程也無法進(jìn)入。比如P1一直不訪問臨界區(qū)，P0退出后也不能再次進(jìn)入，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

雙標(biāo)志先檢查法

• 實(shí)現(xiàn)邏輯
  • 在進(jìn)入?yún)^(qū)，先檢查其他進(jìn)程是否想進(jìn)入臨界區(qū)（通過檢查標(biāo)志位），然后再設(shè)置自己的標(biāo)志位（“上鎖” ），表明自己要進(jìn)入臨界區(qū)；在退出區(qū)則執(zhí)行“解鎖”操作，即把自己的標(biāo)志位設(shè)為表示不進(jìn)入臨界區(qū)的狀態(tài)。
• 主要問題：不遵循“忙則等待”原則 。由于“檢查”和“上鎖”不是原子操作，可能出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程都在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)對方不想進(jìn)入，然后同時(shí)設(shè)置自己標(biāo)志位進(jìn)入臨界區(qū)的情況，無法保證互斥。

雙標(biāo)志后檢查法

• 實(shí)現(xiàn)邏輯
  • 在進(jìn)入?yún)^(qū)，先設(shè)置自己的標(biāo)志位（“加鎖” ），表明自己想進(jìn)入臨界區(qū)，然后再檢查其他進(jìn)程的標(biāo)志位；在退出區(qū)進(jìn)行“解鎖”操作。
• 主要問題：不遵循“空閑讓進(jìn)”和“有限等待”原則，可能導(dǎo)致“饑餓” 。當(dāng)兩個(gè)進(jìn)程都爭著進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，可能會(huì)不斷重復(fù)設(shè)置標(biāo)志位和檢查的過程，誰都無法進(jìn)入臨界區(qū)，造成進(jìn)程長期等待，即“饑餓”現(xiàn)象。

Peterson算法

• 實(shí)現(xiàn)邏輯
  • 在進(jìn)入?yún)^(qū)，進(jìn)程先“主動(dòng)爭取”進(jìn)入臨界區(qū)（設(shè)置自己的標(biāo)志位表示想進(jìn)入 ），然后“主動(dòng)謙讓”（設(shè)置一個(gè)變量表示愿意把機(jī)會(huì)讓給對方 ），最后檢查對方是否想進(jìn)以及己方是否謙讓，根據(jù)結(jié)果決定是否進(jìn)入臨界區(qū)。
• 主要問題：不遵循“讓權(quán)等待”原則，會(huì)發(fā)生“忙等” 。進(jìn)程在等待進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，會(huì)持續(xù)占用CPU資源不斷檢查條件，而不是釋放CPU，造成CPU資源浪費(fèi)。

代碼示例

以下是分別用Java代碼實(shí)現(xiàn)上述幾種進(jìn)程互斥軟件方法的示例：

單標(biāo)志法

class SingleFlagMethod {
    // 記錄允許進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程編號(hào)，0表示P0，1表示P1
    static int turn = 0; 

    static class Process extends Thread {
        int id; // 進(jìn)程編號(hào)，0或1

        Process(int id) {
            this.id = id;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                // 進(jìn)入?yún)^(qū)
                while (turn != id) {
                    // 等待，不做操作
                }
                // 臨界區(qū)
                System.out.println("Process " + id + " is in critical section");
                // 退出區(qū)
                turn = 1 - id;
                System.out.println("Process " + id + " leaves critical section");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Process p0 = new Process(0);
        Process p1 = new Process(1);
        p0.start();
        p1.start();
    }
}

雙標(biāo)志先檢查法

class DoubleFlagPreCheckMethod {
    // 標(biāo)志數(shù)組，記錄進(jìn)程是否想進(jìn)入臨界區(qū)
    static boolean[] flag = {false, false}; 

    static class Process extends Thread {
        int id; // 進(jìn)程編號(hào)，0或1

        Process(int id) {
            this.id = id;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                // 進(jìn)入?yún)^(qū)
                flag[id] = true;
                while (flag[1 - id]) {
                    // 等待
                }
                // 臨界區(qū)
                System.out.println("Process " + id + " is in critical section");
                // 退出區(qū)
                flag[id] = false;
                System.out.println("Process " + id + " leaves critical section");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Process p0 = new Process(0);
        Process p1 = new Process(1);
        p0.start();
        p1.start();
    }
}

雙標(biāo)志后檢查法

class DoubleFlagPostCheckMethod {
    // 標(biāo)志數(shù)組，記錄進(jìn)程是否想進(jìn)入臨界區(qū)
    static boolean[] flag = {false, false}; 

    static class Process extends Thread {
        int id; // 進(jìn)程編號(hào)，0或1

        Process(int id) {
            this.id = id;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                // 進(jìn)入?yún)^(qū)
                flag[id] = true;
                while (flag[1 - id]) {
                    flag[id] = false;
                    flag[id] = true;
                }
                // 臨界區(qū)
                System.out.println("Process " + id + " is in critical section");
                // 退出區(qū)
                flag[id] = false;
                System.out.println("Process " + id + " leaves critical section");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Process p0 = new Process(0);
        Process p1 = new Process(1);
        p0.start();
        p1.start();
    }
}

Peterson算法

class PetersonAlgorithm {
    // 標(biāo)志數(shù)組，記錄進(jìn)程是否想進(jìn)入臨界區(qū)
    static boolean[] flag = {false, false}; 
    // 記錄謙讓的進(jìn)程編號(hào)
    static int turn; 

    static class Process extends Thread {
        int id; // 進(jìn)程編號(hào)，0或1

        Process(int id) {
            this.id = id;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                // 進(jìn)入?yún)^(qū)
                flag[id] = true;
                turn = 1 - id;
                while (flag[1 - id] && turn == 1 - id) {
                    // 等待
                }
                // 臨界區(qū)
                System.out.println("Process " + id + " is in critical section");
                // 退出區(qū)
                flag[id] = false;
                System.out.println("Process " + id + " leaves critical section");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Process p0 = new Process(0);
        Process p1 = new Process(1);
        p0.start();
        p1.start();
    }
}

這些代碼示例中，每個(gè)方法都創(chuàng)建了兩個(gè)線程來模擬兩個(gè)進(jìn)程，通過不同的邏輯來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥。但正如前面所述，單標(biāo)志法、雙標(biāo)志先檢查法、雙標(biāo)志后檢查法存在各自的缺陷，Peterson算法雖然在一定程度上解決了互斥問題，但存在忙等現(xiàn)象。