操作系统中的Swap指令实现互斥(java实现)

最新推荐文章于 2025-05-28 18:48:55 发布

夜石

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分类专栏： java 计算机理论与基础文章标签：操作系统 java swap指令

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本文介绍了一种使用Java语言实现进程互斥的方法，通过Swap指令（XCHG）确保对共享资源的独占访问。并详细展示了如何在生产者消费者模型中应用这一机制，以实现线程间的同步和避免死锁。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

在学习操作系统这本书的时候，我们使用的是汤小丹老师的《计算机操作系统》接下来我将会使用java语言去实现内部代码。

Swap指令

该指令又称为对换指令，在Intel 80x86中又称为XCHG指令，用于交换两个字的内容。下面为伪代码。

void swap(boolean *a,boolean *b){
    boolean temp;
    temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

方法是为每个临界资源设置一个全局的布尔变量lock，初值为false，在每个进程中再利用一个局部变量key，利用swap指令实现进程互斥的循环进程，下面为伪代码描述。

do{
    key = true;
    do{
        swap(&lock,&key);
    }while(key!=false);
    //临界区操作
    lock = false;
 }while(true);

利用上述硬件指令能够有效地实现进程互斥，但当临界资源忙碌时，其他访问进程必须不断地进行尝试，处于一种忙等的状态，不符合“让权等待”的原则，造成处理机时间的浪费，同时难以解决复杂问题。

接下来为java语言描述。

package chapter02;

//the class is the operation system's code
public class P057Swap {
    private static int buffer;
    private static boolean lock;

    public static void main(String[] args) {
        lock = false;
        buffer = 0;
        Thread prov = new ProvThreadClass();
        prov.start();

        Thread cust = new CustThreadClass();
        cust.start();
    }

    public static boolean swap(boolean param){
        boolean temp = lock;
        lock = param;
        param = temp;
        //将替换的param参数回调回去
        return param;
    }
    static class ProvThreadClass extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            while(true){
                //缓冲池满的话
                if(buffer==10){

                }
                else{
                    boolean key = true;
                    do{
                        //将key值兑换，除非当前的lock为false的时候就可以跳出循环
                        key = swap(key);
                    }while (key!=false);
                    buffer+=1;
                    System.out.println("生产出1件产品，目前剩余产品个数:"+buffer);
                    lock = false;
                }
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    static class CustThreadClass extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            while(true){
                //缓冲池空的话
                if(buffer==0){

                }
                else{
                    boolean key = true;
                    do{
                        //将key值兑换，除非当前的lock为false的时候就可以跳出循环
                        key = swap(key);
                    }while (key!=false);
                    buffer-=1;
                    System.out.println("消费1件产品，目前剩余产品个数:"+buffer);
                    lock = false;
                }
                try {
                    Thread.sleep(300);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

实验代码运行结果：

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_101\bin\java.exe"
生产出1件产品，目前剩余产品个数:1
消费1件产品，目前剩余产品个数:0
生产出1件产品，目前剩余产品个数:1
消费1件产品，目前剩余产品个数:0
生产出1件产品，目前剩余产品个数:1
消费1件产品，目前剩余产品个数:0
生产出1件产品，目前剩余产品个数:1
生产出1件产品，目前剩余产品个数:2
消费1件产品，目前剩余产品个数:1
生产出1件产品，目前剩余产品个数:2
消费1件产品，目前剩余产品个数:1
生产出1件产品，目前剩余产品个数:2
生产出1件产品，目前剩余产品个数:3
消费1件产品，目前剩余产品个数:2
生产出1件产品，目前剩余产品个数:3
消费1件产品，目前剩余产品个数:2
生产出1件产品，目前剩余产品个数:3
生产出1件产品，目前剩余产品个数:4
消费1件产品，目前剩余产品个数:3
生产出1件产品，目前剩余产品个数:4
消费1件产品，目前剩余产品个数:3
生产出1件产品，目前剩余产品个数:4
生产出1件产品，目前剩余产品个数:5
消费1件产品，目前剩余产品个数:4
生产出1件产品，目前剩余产品个数:5
消费1件产品，目前剩余产品个数:4
生产出1件产品，目前剩余产品个数:5
生产出1件产品，目前剩余产品个数:6
消费1件产品，目前剩余产品个数:5
生产出1件产品，目前剩余产品个数:6
消费1件产品，目前剩余产品个数:5
生产出1件产品，目前剩余产品个数:6
生产出1件产品，目前剩余产品个数:7
消费1件产品，目前剩余产品个数:6
生产出1件产品，目前剩余产品个数:7
消费1件产品，目前剩余产品个数:6
生产出1件产品，目前剩余产品个数:7
生产出1件产品，目前剩余产品个数:8
消费1件产品，目前剩余产品个数:7
生产出1件产品，目前剩余产品个数:8
消费1件产品，目前剩余产品个数:7
生产出1件产品，目前剩余产品个数:8
生产出1件产品，目前剩余产品个数:9

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