优先级反转和解决方法

Posted 2020-12-13 tanglimeimei

优先级反转问题的描述：

假设任务1，任务2，任务3；他们的优先级顺序分别为1 > 2 > 3。有一个稀缺资源S，S由一个信号量控制为互斥访问。

• 任务3正在执行，并申请到了资源S；
• 任务1抢占了任务3的执行，任务3挂起，任务1执行；
• 任务1申请资源S，发现被占用，所以挂起，任务3恢复执行；
• 任务2抢占了任务3的执行，任务3挂起，任务2执行；
• 任务2执行完毕，任务3恢复；
• 任务3释放资源S，任务1抢占资源S，任务1执行，任务3挂起；
• 任务1执行完毕，任务3执行。
• 以上可以看出，任务2虽然比任务1优先级低，但是比任务1优先执行。也就是说任务1的优先级被降低到了任务3的级别。

问题分析：

由于稀缺资源S的独占性，任务3在申请到资源后，任务1必然会在任务3释放资源后才能执行完成。而任务2肯定会抢占任务3的执行。这个时候，要想任务1比任务2之前执行，有两种方法：任务3释放资源，任务2不能抢占任务3。

• 任务3释放资源。这条路走不通，因为独占资源没有操作完成就释放，要么回滚，要么出错。（X）
• 任务2不能抢占任务3。提升任务3的优先级高于任务2就可以了。（V）提高到多少？假如任务1和任务5共抢资源S，那么任务2、3、4都有可能抢去任务5的执行权，所以任务提升一定要和资源S被申请的最高优先级平等或者大于。对于有相同优先级的内核来说，任务5提升到任务1的优先级即可，对于优先级单一的内核，如ucos，就要提升到高一点。

解决方法：

• 1.优先级天花板。当任务3使用资源S时，就把任务3的优先级提升到能访问资源S的最高优先级，执行完成释放资源之后，把优先级再改回来；这样的方法，简单易行，解决了多个高优先级任务抢占资源S的问题。但是带来了一些缺点，就是不一定每次都有高优先级任务抢占资源S，每次都提升优先级是对CPU资源的一种浪费。
• 2.优先级继承。当任务3使用资源S时，任务1抢占执行权，申请资源S，比较资源1和资源3的优先级，假如任务1优先级高，才提升任务3，提升到和任务1相同的优先级，当任务3释放资源后，将优先级再调整回来。相对于优先级天花板方法，相当于延后执行，克服了任务1的缺点，自己本身的特点是，逻辑复杂，需要操作系统支持相同优先级。在ucos中不容易实现。
  两者结合的方案：当任务3使用资源S时，任务1抢占执行权，申请资源S，比较资源1和资源3的优先级，假如任务1优先级高，才提升任务3，提升到能访问资源S的最高优先级，当任务3释放资源后，将优先级再调整回来。

原文链接：https://blog.csdn.net/callmeback/article/details/12746777