操作系统进程互斥的软件实现算法（单标志法、双标志检查法、双标志后检查法以及皮尔森算法）

操作系统进程互斥

在多道批处理系统中，多个进程是并发执行的，而并发执行的进程不可避免地需要共享一些系统资源（比如内存、打印机、摄像头等）。这样会带来什么问题呢？实际上，有些资源在一个时间段内只允许一个进程使用，诸如各种物理设备、变量、数据、内存缓冲区等，这些称之为临界资源 —— 也就是说，一方面，并发执行的进程需要共享资源；另一方面，临界资源的访问又必须是互斥地进行（不能同时共享），很显然，这会导致资源访问上的矛盾。
这就提出了进程互斥的概念，利用进程互斥来解决临界资源同时访问的冲突问题。

互斥四个原则

空闲让进：临界区空闲时，说明没有进程使用临界资源，此时应该让想要进入临界区的进程立刻进来
忙则等待：如果已经有进程进入临界区，则其它同样想要进入的进程只能等着
有限等待：不能让进程一直干等着，要保证他在有限的时间内可以进入临界区
让权等待：：当进程不能进入自己的临界区时，应该立刻释放处理机，防止进程陷入“忙等”状态

软件实现进程互斥（四个算法）

单标志法

设置公用整型变量turn，用于指示允许进入临界区的进程编号，turn为零，则允许P₀进程进入临界区。

特点：能够确保进程互斥访问临界区，但是不能保证满足"空闲让进"原则，并且两进程必须交替进入临界区。
个人形象理解（若有问题还请留言讨论呀）：单标志法实现互斥，即主要通过turn这个变量来处理，即从初始值为0开始，先允许P₀访问进程，然后访问结束之后立即将访问权交给P₁手中；这样存在的问题就是，进程没有考虑自身下次是否还会继续使用该资源。若下次在P₁进程之前还想访问该临界资源会出现一直得不到资源的情况；
好比如：现在是桌上只有一双筷子，有A跟B两个人，一开始先把筷子给A，A吃完后直接就把筷子洗干净给B了，然后说你吃完再把筷子洗干净给我，结果B无语了，他也没说要用筷子吃东西，然后A就是说不管，你必须吃完过后再把筷子给我，结果A自己又想吃的时候结果没有筷子用，因为筷子还在B那里呢，B还在纳闷A怕不是有什么大病。

int turn = 0;
P0 进程：                        P1 进程：
while (turn != 0);              while (turn != 1); // 进入区
critical section;               critical section;  // 临界区
turn = 1;                       turn = 0;        // 退出区
remainder section;              remainder section; // 剩余区

双标志先检查法

设置一个数组flag[2]，表示继承是否进入临界区，flag[i]的值为FALSE，表示P_i进程未进入临界区，为TRUE则表示P_i进入临界区。

特点：不能确保进程互斥访问临界区，但是不能保证满足"忙则等待"原则，进程不必交替进入，可以连续使用。
个人形象理解（若有问题还请留言讨论呀）：其实感觉这个算法有点鸡肋，不过还是为后面不断完善提供了基础，这个算法的主要就是通过flag来对进程是否将要访问临界资源进行标记，即进入临界区之前，先检查对方进程是否想要访问进程，如果对方进程想要进入临界区，则自己可以等会，否则，则自己进入临界区，一进入就把标志置为true；
好比如：现在同样是桌上只有一双筷子，有A跟B两个人，但是现在这两个人会察言观色了，会先看对方会不会想要先用筷子，然后再判断下一步是使用筷子还是接着等待。一开始，两个人都不说自己想不想用筷子，就等对方先表态，毕竟要多谦让，最后彼此看这么久都不说话，估计就是不想用了，然后彼此都默认对方不想用筷子。这个时候就会出现问题了，两个人都默认彼此不想用筷子，然后自己就下意识去拿筷子，结果刚好对方也想用，这就尴尬了，那最后是谁用呢，这个时候就会出现资源被同时访问的问题。

bool flag[2]= {false,false};P0 进程：                        P1 进程：
while (flag[1]);                while (flag[0]);    // 进入区
flag[0] = true;                 flag[1] = true;       // 进入区
critical section;               critical section;   // 临界区
flag[0] = false;                flag[1] = false;  // 退出区
remainder section;              remainder section;  // 剩余区

双标志后检查法

设置一个数组flag[2]，这里与前面不同之处就是，先设置自己的标志位，再检测对方的标志状态，若对方的标志位为true则等待呗。

特点：能够确保进程互斥访问临界区，但是存在两个进程都进入不了临界区的"饥饿"现象。违背了"空闲让进"和"有限等待"；
个人形象理解（若有问题还请留言讨论呀）：这个算法同样是通过flag来对进程是否将要访问临界资源进行标记，在进入临界区之前，先设置自己的标志位，再检查对方进程是否想要访问进程，如果对方进程想要进入临界区，则自己可以等会，否则，则自己进入临界区；
好比如：现在还是桌上只有一双筷子，但是现在就不是A跟B了，换成孔融1号和孔融2号，为什么给他们这样取名字呢，后面就知道啦！现在这两个人呢，在想用筷子的时候都会先说出来表明自己的态度，然后再看对方会不会想要先用筷子，然后再判断下一步是使用筷子还是接着等待。如果一开始两个人同时表明自己想要筷子的话，对方都会考虑到礼仪问题，谦让给对方用，毕竟谁叫他们叫孔融呢，但是这样出现的问题就是明明有筷子可以用但是因为谦让而僵持住。结果两个人就只能饿着了，在操作系统里面这里就出现了"死等"，即会存在进程产生"饥饿"。

bool flag[2]= {false,false};P0 进程：                        P1 进程：
flag[0] = true;                flag[1] = true;        // 进入区
while (flag[1]);                while (flag[0]);    // 进入区
critical section;               critical section;   // 临界区
flag[0] = false;                flag[1] = false;  // 退出区
remainder section;              remainder section;  // 剩余区

Peterson 算法

设置一个数组flag[2]，这里与前面不同之处就是，先设置自己的标志位，再检测对方的标志状态，若对方的标志位为true则等待呗。

特点：Peterson 算法实际上同时结合了单标志法和双标志后检查法，它的核心就是：在一开始还是和后检查法一样，抢先进行“上锁”，但是上锁之后又将 turn 置为对方线程，表示自己虽然想要进入临界区，但是不介意“将这个机会让给对方”。尽管如此，由于 while 的限制条件增加了，而 turn 又是公用的，所以保证了最后只会有一方的 while 满足条件。既做到了互斥访问资源，也避免了双方都访问不到资源。

P0 进程：                        P1 进程：
flag[0] = true;turn = 1;        flag[1] = true;turn = 0;  // 进入区
while (flag[1] && turn == 1);   while (flag[0] && turn == 0);// 进入区
critical section;               critical section;   // 临界区
flag[0] = false;                flag[1] = false;  // 退出区
remainder section;              remainder section;  // 剩余区