RTOS---优先级翻转与优先级继承
什么是优先级反转(翻转)
优先级反转,是指在使用信号量时,可能会出现的这样一种不合理的现象,即:
高优先级任务被低优先级任务阻塞,导致高优先级任务迟迟得不到调度。但其他中等优先级的任务却能抢到CPU资源。-- 从现象上来看,好像是中优先级的任务比高优先级任务具有更高的优先权。
具体来说:当高优先级任务正等待信号量(此信号量被一个低优先级任务拥有着)的时候,一个介于两个任务优先之间的中等优先级任务开始执行——这就会导致一个高优先级任务在等待一个低优先级任务,而低优先级任务却无法执行类似死锁的情形发生。
一个具体的例子:
假定一个进程中有三个线程Thread1(高)、Thread2(中)和Thread3(低),考虑下图的执行情况。
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- T0时刻,Thread3运行,并获得同步资源SYNCH1;
- T1时刻,Thread2开始运行,由于优先级高于Thread3,Thread3被抢占(未释放同步资源SYNCH1),Thread2被调度执行;
- T2时刻,Thread1抢占Thread2;
- T3时刻,Thread1需要同步资源SYNCH1,但SYNCH1被更低优先级的Thread3所拥有,Thread1被挂起等待该资源
- 而此时线程Thread2和Thread3都处于可运行状态,Thread2的优先级大于Thread3的优先级,Thread2被调度执行。最终的结果是高优先级的Thread1迟迟无法得到调度,而中优先级的Thread2却能抢到CPU资源。
上述现象中,优先级最高的Thread1要得到调度,不仅需要等Thread3释放同步资源(这个很正常),而且还需要等待另外一个毫不相关的中优先级线程Thread2执行完成(这个就不合理了),会导致调度的实时性就很差了。
什么是优先级继承
优先级继承就是为了解决优先级反转问题而提出的一种优化机制。其大致原理是让低优先级线程在获得同步资源的时候(如果有高优先级的线程也需要使用该同步资源时),临时提升其优先级。以前其能更快的执行并释放同步资源。释放同步资源后再恢复其原来的优先级。
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与上图相比,到了T3时刻,Thread1需要Thread3占用的同步资源SYNCH1,操作系统检测到这种情况后,就把 Thread3的优先级提高到Thread1的优先级。此时处于可运行状态的线程Thread2和Thread3中,Thread3的优先级大于Thread2的优先级,Thread3被调度执行。
Thread3执行到T4时刻,释放了同步资源SYNCH1,操作系统恢复了Thread3的优先级,Thread1获得了同步资源SYNCH1,重新进入可执行队列。处于可运行状态的线程Thread1和Thread2中,Thread1的优先级大于Thread2的优先级,所以Thread1被调度执行。
通过优先级继承机制,可以有效解决优先级反转问题,使优先级最高的Thread1获得执行的时机提前。
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