进程互斥的软件实现方法

单标志法

算法思想：两个进程在访问完临界区后会把使用临界区的权限转交给另一个进程。也就是说每个进程进入临界区的权限只能被另一个进程赋予

int turn = 0; // turn 表示当前允许进入临界区的进程号

// P0 进程：
while (true != 0);
critical section;
turn = 1;
remainder section;

// P1 进程：
while (true != 1);
critical section;
turn = 0;
remainder section;

turn表示当前允许进入临界区的进程号，而只有当前允许进入临界区的进程在访问了临界区之后，才 会修改turn的值。也就是说，对于临界区的访问，一定是按PO→P1>PO→P1>....这样轮流访问。 这种必须“轮流访问”带来的问题是，如果此时允许进入临界区的进程是PO，而PO一直不访问临界 区，那么虽然此时临界区空闲，但是并不允许P1访问。

因此，单标志法存在的主要问题是：违背“空闲让进”原则。

双标志先检查

算法思想：设置一个布尔型数组flag[]，数组中各个元素用来标记各进程想进入临界区的意愿，比如 “flag[0]=ture”意味着0号进程Po现在想要进入临界区。每个进程在进入临界区之前先检查当前有 没有别的进程想进入临界区，如果没有，则把自身对应的标志flag[i]设为true，之后开始访问临界区。

bool flag[2]; // 表示进入临界区意愿的数组
flag[0] = flag[1] = false; // 刚开始设置为两个进程都不想进入临界区

// P0 进程：
while (flag[1]);  // 如果此时PO想进入临界区，P1就一直循环等待
flag[0] = true;   // 标记为P1进程想要进入临界区
critical section; // 访问临界区
flag[0] = false;  // 访问完临界区，修改标记为P1不想使用临界区
remainder section;

// P1 进程：
while (flag[0]);
flag[1] = true;
critical section;
flag[1] = false;
remainder section;

双标志先检查法的主要问题是：违反“忙则等待”原则。原因在于，进入区的“检查”和“上锁”两个处理不是一气呵成的。“检查”后，“上锁”前可能发生进程切换。

双标志后检查

算法思想：双标志先检查法的改版。前一个算法的问题是先“检查”后“上锁”，但是这两个操作又无法一气呵成，因此导致了两个进程同时进入临界区的问题。因此，人们又想到先“上锁”后“检查”的方法，来避免上述问题。

bool flag[2]; // 表示进入临界区意愿的数组
flag[0] = flag[1] = false; // 刚开始设置为两个进程都不想进入临界区

// P0 进程：
flag[0] = true;   // 标记为P1进程想要进入临界区
while (flag[1]);  // 如果此时PO想进入临界区，P1就一直循环等待
critical section; // 访问临界区
flag[0] = false;  // 访问完临界区，修改标记为P1不想使用临界区
remainder section;

// P1 进程：
flag[1] = true;
while (flag[0]);
critical section;
flag[1] = false;
remainder section;

双标志后检查法虽然解决了“忙则等待”的问题，但是又违背了“空闲让进”和“有限等待”原则，会因各进程都长期无法访问临界资源而产生“饥饿”现象。

Peterson算法

算法思想：双标志后检查法中，两个进程都争着想进入临界区，但是谁也不让谁，最后谁都无法进入临界区。Gary L.Peterson想到了一种方法，如果双方都争着想进入临界区，那可以让进程尝试“孔融让梨”，主动让对方先使用临界区。

bool flag[2]; // 表示进入临界区意愿的数组，初始值都是false
int turn = 0; // turn表示优先让哪个进程进入临界区

// P0 进程：
flag[0] = true;
turn = 1;
while(flag[1] && turn == 1);
critical section;
flag[0] = false;
remainder section;

// P1 进程：
flag[1] = true; // 表示自己想进入临界区
turn = 0; // 可以优先让对方进入临界区
while(flag[0] && turn == 0); // 对方想进，且最后一次是自己“让梨”，那自己就循环等待
critical section;
flag[1] = false; // 访问完临界区，表示自己已经不想访问临界区了
remainder section;

Peterson算法用软件方法解决了进程互斥问题，遵循了空闲让进、忙则等待、有限等待三个原则，但是依然未遵循让权等待的原则。

Peterson算法相较于之前三种软件解决方案来说，是最好的，但依然不够好。