臨界資源：表示該資源一次只允許一個程序使用，也叫互斥資源或共享變數

臨界區（互斥區）：各個程序對某個臨界資源實施操作的程式片段

解決程序互斥的方法

軟體方案：

1、加鎖（對free加鎖）

...
／/封裝成原語lock()
while(free);
free = true;
//lock end
//臨界區
//解鎖
free = false;
...

程序p1:

pturn = true;
while(qturn) {
   if(turn == 2){
      pturn = false;
      while(turn == 2);
      pturn = true;
   }
}
//臨界區
turn = 2;
pturn = false;
 

qturn = true;
while(pturn) {
    if(turn == 1){//turn==1表示讓程序p1進入臨界區
        qturn = false;
        while(turn == 1);
        qturn = true;
    }
}
//臨界區
turn = 1;
qturn = false;

3、PETERSON演算法

...
enter_region[i];
//臨界區
leave_region[i];
...

#define FALSE 0
#define TRUE 1
#define N 2 //只有兩個程序
int turn; //輪到哪個程序號
int interested[N]; //表明程序是否有意願進入臨界區，初始值為{0, 0}

void enter_region(int process){//process程序號表示0或1
    int other;//另外一個程序的程序號
    other = 1 - process;
    interested[process] = TRUE;
    turn = process;
    while(turn == process && interested[other] == TRUE);
}

void leave_region(int process) {
    interested[process] = FALSE;
}
 

硬體解決方案

1、中斷遮蔽

互斥這種問題實質是由於多個程序不斷的中斷、上時間片造成的，因此最直接的辦法是：

在進入臨界區之前關閉中斷指令，出臨界區後開啟中斷，目的在於進入臨界區時不允許中斷，從而避免多個程序同時進入一個臨界區

優點：簡單高效

缺點：限制併發能力；不適用於多處理器；由於這種操作屬於特權指令，僅適用於作業系統本身，不適用於使用者程序

2、“測試並加鎖”指令

enter_region:
    TSL REGISTER,LOCK ;複製鎖到暫存器、並將鎖置1
    CMP REGISTER,#0 ;判斷暫存器的值是否為0
    JNE enter_region ;若不是0，跳轉到enter_region
   RET ;是0則返回，進入臨界區


leave_region:
    MOVE LOCK,#0 ;將鎖置0
    RET
 

3、交換指令

原理與2相似

在單處理情況下，忙等待必然不是一個好方法，但是在多核處理器的環境下，可以讓程序一直在某個cpu上執行而不中斷切換，這時候忙等待的開銷足以抵過程序上下文切換帶來的開銷，因此忙等待的思路又被重新提出且人們給他起了一個高大上的名字叫自旋鎖（spin lock）