优先级反转+解决方案
优先级反转和死锁的资源管理模式研究与实现
优先级反转和死锁的资源管理模式研究与实现
王 溪 波 ， 杨 丽 娜
（ 阳工业 大学 信 息科 学 与工程 学 院，辽 宁 沈 阳 １０ ７ ） 沈 １８ ０
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０ 弓 言 ｌ
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计算机实时操作系统的改善措施
《计算机实时操作系统的改善措施》摘要：实时系统在工业、商业和军事等领域都有非常广泛的用途，并且已经有很多实际的应用。
一般来说，实时系统通常是比较复杂的，因为它必须处理很多并发事件的输入数据流，这些事件的到来次序和几率通常是不可预测的，而且还要求系统必须在事先设定好的时限内做出相应的响应。
因此，实时操作系统的实时性是第一要求，需要调度一切可利用的资源完成实时任务。
这就要求我们设计好实时操作系统，了解实时操作系统的改善措施对我们非常重要。
关键字：实时操作系统；特点；实现技术；改善措施。
一、计算机实时操作系统的概念实时操作系统（RTOS）是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。
因而，提供及时响应和高可靠性是其主要特点。
实时操作系统有硬实时和软实时之分，硬实时要求在规定的时间内必须完成操作，这是在操作系统设计时保证的；软实时则只要按照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可。
我们通常使用的操作系统在经过一定改变之后就可以变成实时操作系统。
二、实时操作系统的特点1、高精度计时系统计时精度是影响实时性的一个重要因素。
在实时应用系统中，经常需要精确确定实时地操作某个设备或执行某个任务，或精确的计算一个时间函数。
这些不仅依赖于一些硬件提供的时钟精度，也依赖于实时操作系统实现的高精度计时功能。
2、多级中断机制一个实时应用系统通常需要处理多种外部信息或事件，但处理的紧迫程度有轻重缓急之分。
有的必须立即作出反应，有的则可以延后处理。
因此，需要建立多级中断嵌套处理机制，以确保对紧迫程度较高的实时事件进行及时响应和处理。
3、实时调度机制实时操作系统不仅要及时响应实时事件中断，同时也要及时调度运行实时任务。
但是，处理机调度并不能随心所欲的进行，因为涉及到两个进程之间的切换，只能在确保“安全切换”的时间点上进行，实时调度机制包括两个方面，一是在调度策略和算法上保证优先调度实时任务；二是建立更多“安全切换”时间点，保证及时调度实时任务。
优先级反转问题以及解决方式
优先级反转问题以及解决方式优先级反转的问题是每一个实时操作系统所必须考虑到的问题，也是嵌入式软件面试所常提问的问题。
下面会详细阐述优先级反转产生的根源，以及解决方式。
首先来谈谈优先级反转问题的出现的方式。
下图是演示优先级反转出现的问题。
假设有3个任务task1 优先级最高，task2优先级其次，task3优先级最低。
假设task1 ，task2 分别阻塞在内核对象上比如queue等，然后轮到task3去运行,首先task3 获得了一个semaphore锁，然后运行了一段时间后，中断唤醒了task1,出中断的时候马上跑task1, 因为task1 的优先级高，然后task1也尝试去获得semaphore锁，但是task3 已经得到了这个锁，所以task1 只能睡眠，轮到task3 继续跑，这个时候中断唤醒了task2,出中断的时候轮到task2去跑，因为task2的优先级比task1要高。
task2 运行完了然后给task3 跑，task3 跑完了才轮到task1去跑。
以上的现象就是一个完整的优先级反转的问题出现的现象，整个逻辑貌似都是完全没有任何问题的，唯一的问题就是task2跑完了再去跑task1,也就是说task2插了一脚。
task2 的优先级比起task1 要低的，这样的话task1 要同时承受task2 和task3 跑完才能继续跑。
承受task3 跑完是没有任何争议的，因为临界区的原因，task1只能等task3跑完，但是task1等待task2 跑完确是不应该的，因为这两个任务之间毫无关系。
解决优先级反转的方式有两种，第一种是优先级置顶的方法，第二种是优先级继承的方法，详细请参考以下mutex章节。
Mutex工作原理以及应用mutex 的出现是为了解决优先级反转的问题，由于优先级反转对实时性影响太大，所以mutex 的稳定性直接影响了实时性。
纵观目前多种实时操作系统mutex 的设计原理是多多少少有一点问题的，很多rtos没有实现mutex优先级逐步还原的问题，导致了实时性以及其它的一些逻辑错误等等。
ucos ii优先级反转问题
在这里先假高已经创建了三个不同优先级的任务，任务0的优先级为5，任务1的优先级为6，任务2的优先级为7；在main（）函数里创建一个二值信号量；mutex=OSSemCreate(1);函数OSSemCreate()的参数值的范围为：0~65535；下面例子已经在程序里安排好时序了。
每个任务里都有足够长的延时。
任务0与任务2一起使用这个二值信号量；任务1只执行打印输出语句；当任务2在使用这个二值信号量时，任务1与任务0都处于就绪态，任务2的程序执行到延时挂起时，任务0就会被系统调度执行。
执行到申请信号量的函数OSSemPend()时，由于该二值信号量正被任务2使用，所以任务0没有申请到该资源，因而任务0被阻塞，然后被系统挂起，系统再次进行任务调度，此时任务1的优先级最高，所以任务1就会进入运行态。
当任务1被挂起时，就算任务0已经处于就绪态，但仍然要等任务2释放这个二值信号量才到运行。
这样就出现了，当一个共享资源被低优先级占用时，高优先级就得等这个低优先级的任务释放这个共享资源时才能进入运行态。
所以在上面出现了，任务1与任务2的优先级都比任务0的优先的情况。
这就是优先级反转问题。
下面补充一些资料－－摘自uC_OS-II内核实验指导书：1、OSSemCreate ();该函数建立并初始化一个信号量，信号量的作用如下：允许一个任务和其他任务或者中断同步取得设备的使用权标志事件的发生函数原型：OSSemCreate(INT16U value);参数说明：value是所建立的信号量的初始值，可以取0到65535之间的任意值。
返回值：OSSemCreate()函数返回指向分配给所建立的信号量的控制块的指针。
如果没有可用的控制块，OSSemCreate()函数返回空指针。
2、OSSemPend()该函数用于任务试图取得设备的使用权、任务需要和其他任务或中断同步、任务需要等待特定事件的发生场合。
如果任务调用OSSemPend()函数时，信号量的值大于零，OSSemPend()函数递减该值并返回该值。
优先级反转
优先级反转简介优先级反转是一种软件开发中常用的策略，在多任务处理和调度中起到了重要的作用。
它被广泛应用于实时操作系统、嵌入式系统、并行计算，以及其他需要有效管理资源和优化响应时间的领域。
本文将介绍优先级反转的概念、原理、应用以及可能的优缺点。
什么是优先级反转？优先级反转是一种任务调度的优化策略，它能够解决由于任务优先级导致的资源占用和响应时间问题。
在传统的优先级调度中，较高优先级的任务会抢占较低优先级任务的系统资源，这可能导致低优先级任务等待较长时间并丧失了及时完成的能力。
而优先级反转则通过动态调整任务的优先级来解决这个问题。
具体来说，当一个低优先级任务需要访问被高优先级任务占用的共享资源时，传统的优先级调度方式会保持低优先级，导致低优先级任务一直在等待。
而优先级反转则在这种情况下，将低优先级任务的优先级提升到高优先级任务之间的优先级，从而保证低优先级任务能够及时获得所需的资源。
原理与实现优先级反转的实现需要满足以下几个条件：1.任务具有不同的优先级。
2.存在共享资源，且资源可能被多个任务访问。
3.优先级反转的触发条件满足，即低优先级任务需要访问高优先级任务占用的资源。
基于上述条件，下面是一种常见的优先级反转实现方式：1.定义任务的优先级，较高的优先级对应着紧急任务，而较低的优先级对应着一般任务。
2.当一个低优先级任务需要访问由高优先级任务占用的共享资源时，它会发出请求。
3.操作系统内核会检测到请求，并将低优先级任务的优先级提升到与高优先级任务之间的优先级。
4.一旦低优先级任务完成了对共享资源的使用，它的优先级会恢复到原来的值。
这种实现方式能够避免低优先级任务长时间等待的问题，从而提高了系统的响应时间和整体效率。
实际应用优先级反转在实际应用中被广泛使用。
以下是一些常见的应用场景：1.实时操作系统：在实时操作系统中，任务的响应时间非常重要。
通过采用优先级反转策略，可以确保高优先级任务能够及时地获得所需的资源，从而满足实时性要求。
优先级反转的问题场景和解决方法
优先级反转的问题场景和解决方法优先级反转，这可真是个让人头疼的问题啊！想象一下，在一个复杂的系统中，低优先级的任务竟然阻碍了高优先级任务的执行，这简直就是乱套了呀！要解决优先级反转问题，一般可以采取优先级继承的方法。
具体来说，就是当一个低优先级任务阻塞了一个高优先级任务时，将低优先级任务的优先级临时提升到高优先级任务的级别。
这就好像在道路上，一辆慢悠悠的车挡住了着急赶路的车，那干脆就让慢悠悠的车也加速跑起来。
步骤其实并不复杂，首先要能识别到这种情况的发生，然后及时进行优先级的调整。
但这里面也有一些注意事项哦，比如要确保调整的准确性，不能乱提升优先级，不然整个系统的秩序不也乱套了嘛！同时，还要考虑到这种调整对其他任务的影响，不能引发新的问题呀。
在这个过程中，安全性和稳定性可太重要啦！如果调整不当，可能会导致系统崩溃或者出现不可预料的错误。
就好比走钢丝，必须小心翼翼地保持平衡，稍有不慎就会掉下去。
所以在实施过程中，要进行充分的测试和验证，确保不会出现意外情况。
那么优先级反转的解决方法都有哪些应用场景和优势呢？这可多了去啦！在实时系统中，比如航空航天、工业控制等领域，它能确保关键任务及时得到执行，避免出现严重后果。
优势也是显而易见的呀，它能提高系统的整体性能和可靠性，让系统运行得更加顺畅。
比如说在一个医疗设备中，如果因为优先级反转导致重要的数据采集或治疗操作被延迟，那后果简直不堪设想啊！曾经就有一个例子，在一个医院的监护系统中，由于优先级反转问题，导致对病人关键数据的采集延迟了几秒钟，虽然最后没有造成严重后果，但也让人惊出一身冷汗呀！这就充分说明了在实际应用中，解决优先级反转问题是多么重要。
总之，优先级反转问题不容小觑，我们必须要重视起来，采取有效的解决方法，确保系统的安全、稳定和高效运行呀！。
freertos优先级反转处理方法
freertos优先级反转处理方法
FreeRTOS的优先级反转问题是指当一个低优先级的任务阻塞
一个高优先级的任务，从而导致高优先级任务无法运行的问题。
为了解决这个问题，FreeRTOS提供了两种解决方案：
1. 优先级继承（Priority Inheritance）
在优先级继承解决方案中，当一个低优先级任务获取了一个高优先级任务需要使用的资源时，会将其优先级提升到高优先级任务的优先级，直到释放该资源。
这样可以保证高优先级任务不会因为低优先级任务的阻塞而出现优先级反转的问题。
2. 优先级屏蔽（Priority Ceiling）
在优先级屏蔽解决方案中，每个任务都有一个优先级屏蔽值，表示该任务最高可以处理的中断优先级。
当一个任务获取了一个共享资源时，会提升其优先级屏蔽值到该资源的最高访问中断优先级，这样可以保证如果高优先级任务需要访问该资源，它的中断优先级会被限制在该资源的最高访问中断优先级以下，从而避免了优先级反转的问题。
需要注意的是，优先级继承和优先级屏蔽都会增加系统的开销，因此应该根据实际需求选择适合的解决方案。
堆栈适合解决处理顺序与输入顺序相反的问题
1.什么是堆栈？堆栈（Stack）是一种线性数据结构，具有后进先出（LIFO, Last In First Out）的特点。
这意味着，最后添加到堆栈中的元素，将是第一个被移除的元素。
堆栈通常使用数组或链表来实现。
在堆栈中，只有一端（称为栈顶）可以进行插入或删除操作。
堆栈只定义了两种基本操作：入栈（Push）和出栈（Pop）。
堆栈的应用非常广泛，它可以用于计算机科学、工程学和其他领域中的各种问题。
例如，堆栈可以用于计算表达式的值，存储程序调用时的参数和返回地址，以及维护浏览器的历史记录等。
2.堆栈的基本操作堆栈的基本操作包括入栈（Push）和出栈（Pop）。
入栈操作（Push）：将一个元素添加到堆栈的栈顶。
出栈操作（Pop）：移除堆栈的栈顶元素，并返回该元素的值。
堆栈还可以定义其他操作，例如查看栈顶元素（Peek）、判断堆栈是否为空（IsEmpty）、清空堆栈（Clear）等。
下面是一个简单的堆栈类的示例，它实现了上述基本操作：class Stack:def__init__(self):self.items = []def is_empty(self):return self.items == []def push(self, item):self.items.append(item)def pop(self):return self.items.pop()def peek(self):return self.items[-1]def size(self):return len(self.items)3.为什么堆栈适合解决处理顺序与输入顺序相反的问题？堆栈的后进先出（LIFO）的特点使它特别适合解决处理顺序与输入顺序相反的问题。
例如，在计算机科学中，堆栈常常被用来解决表达式求值的问题。
表达式求值是指计算给定的算术表达式的值。
在计算表达式的值时，我们需要考虑运算符的优先级。
例如，在计算“1 + 2 * 3” 的值时，我们应该先乘法（），再加法（+），因为乘法（）的优先级比加法（+）高。
优先编码器的优先级反向
优先编码器的优先级反向引言在计算机科学领域中，编码器是将一种数据表示形式转换为另一种数据表示形式的算法或设备。
编码器在各种应用中都发挥着重要的作用，例如数据压缩、图像处理和语音识别等。
在处理数据时，编码器的优先级反向指的是在使用不同的编码器时，优先级的顺序发生了反转。
本文将深入探讨优先编码器的优先级反向现象及其可能的原因和影响。
优先编码器的优先级反向现象什么是优先编码器在理解优先编码器的优先级反向之前，首先需要理解什么是优先编码器。
通常情况下，优先编码器指的是在处理数据时，系统会优先选择某种特定的编码器来进行数据转换。
这个选择通常基于一些确定性因素，例如编码器的效率、准确性或者处理速度等。
优先编码器的优先级反向定义当优先编码器的优先级反向时，即系统在进行数据转换时，不再优先选择之前设定的编码器。
相反，其他编码器被优先选择，而原本的优先编码器处于次优先的位置。
优先编码器优先级反向的可能原因优先编码器的优先级反向可能由多种原因引起。
其中一种常见的原因是性能差异。
当原本设定的优先编码器的性能无法达到实际需求时，系统可能会自动选择其他编码器来替代。
另外，技术发展的进步也可能导致优先编码器的优先级反向，因为新的编码器可能具有更高的效率和准确性，进而被系统优先选用。
优先编码器优先级反向的影响优先编码器的优先级反向对系统和应用都可能产生一系列的影响。
首先是性能影响，原本的优先编码器未被优先选择，可能导致数据转换的速度变慢或者准确性下降。
其次是适应性的影响，如果系统能够及时调整优先编码器的选择，能够更好地适应不同环境下的需求。
最后，用户体验的影响也是一个重要的方面，如果优先编码器的优先级反向导致用户体验的下降，可能会对系统的可接受程度产生负面影响。
优先编码器优先级反向的解决方案动态优先级调整为了解决优先编码器优先级反向带来的问题，可以引入动态优先级调整的机制。
这种机制可以根据当前的应用场景和需求自动调整优先编码器的选择。
关于RTOS抢占式调度及优先级反转的几点探讨
关键 词： 实时操作 系统 ；抢 占式 ；优 先级反 转； 资 源共 享；优 先级继 承；优 先 级封 顶
中图法分类 号 ： Ｐ １， Ｔ ３６２
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ０７ ２ （０ ７ １—７ ９０ １０—０４ ２ ０ ） ９４ １—２
Ｓ ｍｅ ｒ ｂ ｓ ｎ ｏｐ ｅ ｍｐｉｅ ｒ ｒ ｙｓ ｈ ｄ ｌ ｇａ ｄｐ ｏ ｔ ｖ ｒｉｎ ｏ ｏ ｅ ｔ ｒｅ ｔ ｉ ｉ ｃ ｅ ｕｉ ｎ ｒ ｒ ｉ ｅｓ ｐ ｉ ｖｐｏｔ ｎ ｉｉ ｎ ｙ ｏ
资源将 会 大大提 高 系统 的性 能 。而解 决优先 级反转 问题将 保证 系统共 享 资源 的合 理使 用和 多任务 的正 常运行 。在对 Ｒ Ｏ ＴＳ
抢 占式 调 度 策 略 的 研 究 的 基 础 上 ，指 出 了什 么 是 优 先 级 反 转 ，以及 问题 发 生 的 原 因 ，并 给 出 了优 先 级 继 承 和 优 先 级 封 顶 的
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第２卷 ８
ＶＯ１ ２８ ．
第 ｌ 期 ９
Ｎ Ｏ． ９ １
计 算 机 工 程 与 设 计
Ｃｏ ｕ ｅ ｇｎ ｅ ｉｇａ ｄＤ ｅｉ ｎ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｓｇ
２０ 年 １ 月 ０７ ０
Ｏｃ ．２ ０ ｔ ０ ７
ｉ ｍｂ ｄ ｅ ａ—ｉ ｎ ｅ ｅ ｄ ｄｒ ｌ ｍｅＯＳ ｅ ｔ
Ｓ ＯＮＧ ｅ ｇ ｍ ｏ Ｆ ｎ —
（ ｒｄ ａｅ ｃｏ ｌ ｈｎｓ ｃｄｍｙｏ ｉ ｃｓ ｅ ｉｇ１０ ３ ，Ｃ ｉ ） Ｇ ａｕｔ Ｓ ｈ ｏ，Ｃ ｉｅｅ ａｅ ｆ ｃｅ ｅ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ ｈｎ Ａ Ｓ ｎ ｊ ａ
基 于 优 先 级 的抢 占式 调 度 策 略 具 有 以下 特 点 ： 每 个 任 ① 务赋予一个优先 级别； 假如几个任 务同时处于就绪状态 ， ② 优
基于调度标识继承的μC／OS—Ⅱ优先级反转解决方案
基 于 调 度 标 识 继 承 的 ￣ ｏｓ—Ｉ ｃ／ Ｉ 优 先 级 反 转 解 决 方 案
胡杰
（ 武汉 理 Ｔ 大 学 计算 机科 学 与 技 术 学 院 ， 汉 ４ ０ ６ ） 武 ３ ０ ３
ｐ ｃ ＞ ＯＳ ｔｂ ＴＣＢ Ｘ＝ （ ＮＴ８ （ ｒ ＆ ０ ０ ） Ｉ Ｕ） ｐ ｉ ｏ ｘ７ ；
争调 度 。若 从 任 务 就 绪 表 中 找 到 的 最 高 优先 级 值 为 ｐｃ ２ ｔｂ 的优 先 级值 ， 寻找 对 应 的 任 务 时 ， 它 不 是 找 到 ｐ ｃ ２ 而 使 ｔｂ ， 是 ｐｃ ｌ ｔｂ 。实 现 这 一 寻 找 过 程 可 以 用 一 个 全 局 数 组 来 实
将 ＯＳ ｄ Ｇｒ Ｒ ｙ ｐ和 ＯＳ ｙ ｌ 中 对 应 位 置 １后 ， 示 Ｒｄ Ｔｂ￣ 表 ｐｃ ｔｂ已经 就 绪 ， 以 参 与 调 度 了 。 而 寻找 就 绪 表 中的最 高 可 优 先级 任务 ， 完全 是 根 据 ＯＳ ｙ ｐ和 ＯＳ ｙ ｌ］ 值 Ｒｄ Ｇｒ Ｒｄ Ｔｂ［ 的 来 计算 的 ， 与具 体 的 任 务 已没 有 什 么关 系 了 。先 找 到一 个
① 假 设 申请 互 斥 资 源 Ｒ优 先 级 最 高 的任 务 为 Ｔ１ 优 ，
先 级 值 为 Ｍ ， Ｒ 指 定 的 优 先级 值 为 Ｎ， 为 Ｎ＜ Ｍ 。若 Ｍ ≠
０ Ｒ ｙ ｂ ［ ｔ 一 － Ｓ Ｃ Ｙ］ｌ ｔｂ￣ Ｏ Ｔ Ｂ ｉ ｓ ｄ Ｔ １ｐ ｃ ＞ Ｏ Ｔ Ｂ ｂ —ｐ ｃ Ｓ Ｃ Ｂｔ Ｘ；
上 没 有 节 省 ， 不用 预 先 指 定 一 个 优 先 级 值 ， 会 占用 用 但 不 户任务可使用的优先级 。
１ 基 于 调 度 标 识 继 承 的 解 决 方 案
优先级反转
、优先级反转1、什么是优先级反转？优先级反转是指一个低优先级的任务持有一个被高优先级任务所需要的共享资源。
高优先任务由于因资源缺乏而处于受阻状态，一直等到低优先级任务释放资源为止。
而低优先级获得的CPU时间少，如果此时有优先级处于两者之间的任务，并且不需要那个共享资源，则该中优先级的任务反而超过这两个任务而获得CPU时间。
如果高优先级等待资源时不是阻塞等待，而是忙循环，则可能永远无法获得资源，因为此时低优先级进程无法与高优先级进程争夺CPU时间，从而无法执行，进而无法释放资源，造成的后果就是高优先级任务无法获得资源而继续推进。
2、解决方案：（1）设置优先级上限，给临界区一个高优先级，进入临界区的进程都将获得这个高优先级，如果其他试图进入临界区的进程的优先级都低于这个高优先级，那么优先级反转就不会发生。
（2）优先级继承，当一个高优先级进程等待一个低优先级进程持有的资源时，低优先级进程将暂时获得高优先级进程的优先级别，在释放共享资源后，低优先级进程回到原来的优先级别。
嵌入式系统VxWorks就是采用这种策略。
这里还有一个八卦，1997年的美国的火星探测器（使用的就是vxworks)就遇到一个优先级反转问题引起的故障。
简单说下，火星探测器有一个信息总线，有一个高优先级的总线任务负责总线数据的存取，访问总线都需要通过一个互斥锁（共享资源出现了）；还有一个低优先级的，运行不是很频繁的气象搜集任务，它需要对总线写数据，也就同样需要访问互斥锁；最后还有一个中优先级的通信任务，它的运行时间比较长。
平常这个系统运行毫无问题，但是有一天，在气象任务获得互斥锁往总线写数据的时候，一个中断发生导致通信任务被调度就绪，通信任务抢占了低优先级的气象任务，而无巧不成书的是，此时高优先级的总线任务正在等待气象任务写完数据归还互斥锁，但是由于通信任务抢占了CPU并且运行时间比较长，导致气象任务得不到CPU时间也无法释放互斥锁，本来是高优先级的总线任务也无法执行，总线任务无法及时执行的后果被探路者认为是一个严重错误，最后就是整个系统被重启。
优先级反转+解决方案
优先级反转+解决方案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN优先级反转+解决方案1. 优先级反转(Priority Inversion)由于多进程共享资源，具有最高优先权的进程被低优先级进程阻塞，反而使具有中优先级的进程先于高优先级的进程执行，导致系统的崩溃。
这就是所谓的优先级反转(Priority Inversion)。
2. 产生原因其实,优先级反转是在高优级(假设为A)的任务要访问一个被低优先级任务(假设为C)占有的资源时,被阻塞.而此时又有优先级高于占有资源的任务(C)而低于被阻塞的任务(A)的优先级的任务(假设为B)时,于是,占有资源的任务就被挂起(占有的资源仍为它占有),因为占有资源的任务优先级很低,所以,它可能一直被另外的任务挂起.而它占有的资源也就一直不能释放,这样,引起任务A一直没办法执行.而比它优先低的任务却可以执行.所以,一个解决办法就是提高占有资源任务的优先级,让它正常执行,然后释放资源,以让任务A能正常获取资源而得以执行.3. 解决方案 ( 优先级继承 / 优先级天花板 )目前解决优先级反转有许多种方法。
其中普遍使用的有2种方法：一种被称作优先级继承(priority inheritance)；另一种被称作优先级极限(priority ceilings)。
A. 优先级继承(priority inheritance)优先级继承是指将低优先级任务的优先级提升到等待它所占有的资源的最高优先级任务的优先级.当高优先级任务由于等待资源而被阻塞时,此时资源的拥有者的优先级将会自动被提升.B. 优先级天花板(priority ceilings)优先级天花板是指将申请某资源的任务的优先级提升到可能访问该资源的所有任务中最高优先级任务的优先级.(这个优先级称为该资源的优先级天花板) A 和B的区别:优先级继承,只有当占有资源的低优先级的任务被阻塞时,才会提高占有资源任务的优先级,而优先级天花板,不论是否发生阻塞,都提升.。
freertos 优先级继承 原理 -回复
freertos 优先级继承原理-回复FreeRTOS是一款常用的实时操作系统，提供了很多功能和特性，其中之一就是优先级继承。
在多线程应用程序中，可能会遇到优先级反转问题，即一个低优先级任务持有了某些资源，却被一个高优先级任务所阻塞，从而导致系统整体的性能降低。
为了解决这个问题，FreeRTOS引入了优先级继承机制。
优先级继承是一种通过动态调整任务的优先级来解决优先级反转问题的方法。
当一个高优先级任务试图访问一个被低优先级任务持有的资源时，系统会自动提升该低优先级任务的优先级，以保证高优先级任务能够及时获得所需的资源。
一旦高优先级任务完成操作，低优先级任务的优先级会被恢复。
下面将一步一步回答关于FreeRTOS优先级继承原理的问题，并深入探讨其工作方式和实现细节。
1. 什么是优先级继承？优先级继承是一种机制，通过动态调整任务的优先级来解决优先级反转问题。
当一个低优先级任务持有一个高优先级任务所需的资源时，系统会将该低优先级任务的优先级提升到与高优先级任务相同或更高的水平，从而防止优先级反转。
2. 为什么会出现优先级反转问题？在多线程应用程序中，多个任务可能会共享同一个资源。
当一个低优先级任务持有某个资源时，如果一个高优先级任务需要访问该资源但被阻塞，那么该低优先级任务的长时间占用资源将导致低优先级任务一直不会被调度执行，从而导致优先级反转问题的出现。
3. FreeRTOS如何实现优先级继承？FreeRTOS通过优先级继承机制来解决优先级反转问题。
当一个高优先级任务发现自己无法获得所需的资源时，它会检查当前持有该资源的任务的优先级。
如果持有资源的任务的优先级低于或等于它自己的优先级，那么系统会将该持有资源的任务的优先级提升到与当前高优先级任务相同或更高的级别。
4. 优先级继承的工作原理是什么？当一个高优先级任务发现自己无法获得所需资源时，它会将自己的优先级赋值给持有该资源的低优先级任务，并将低优先级任务的优先级提升到与高优先级任务相同或更高的级别。
优先级反转问题及常见解决方案
优先级反转分析一．优先级反转优先级反转（Priority Inversion），是由于多任务共享资源，具有最高优先级的任务被低优先级任务祖册，反而使得具有中优先级的任务先于高优先级的任务执行，影响系统的实时性，甚至导致系统崩溃。
具体说明如下：假设系统中有Task1、Task2、Task3三个任务，分别对应高、中、低三个优先级（如图1所示）。
某一时刻系统的状态如下：T1：Task1和Task2正在等待某一事件的发生，处于挂起状态，Task3正在执行。
T2：Task1等待的事件发生，Task1剥夺Task3的CPU使用权开始执行，Task3被阻塞。
T3:Task1执行到某一时刻，需要申请Task3使用且还未释放的资源。
则Task1挂起，Task3 开始执行。
T4：Task3执行过程中，Task2进入就绪态，剥夺Task3的CPU使用权开始执行。
T5：Task2执行完，Task3开始执行T6：Task3执行完，释放资源，Task1开始执行。
从上述过程中，可以看出Task1必须等待Task3执行完毕，释放资源之后才能得到该资源的使用权继续执行。
这种情况下，Task1的优先级实际降到了Task3的优先级水平。
在此过程中，处于中间优先级的Task2剥夺了Task3的CPU使用权，使Task1的状况恶化，即Task2使得Task1增加了额外的时间延迟，也就是Task1和Task2的优先级发生了反转。
在更坏的情况下，如Task1和Task3之间有多个这样的“Task2”存在，这样的优先级反转问题可能会导致整个系统的崩溃。
一些RTOS使用”优先级继承“解决这个问题：即在低优先级进程持有信号量，并且高优先级进程在等待该信号量时，将低优先级进程提高到与高优先级进程相同。
二．常见解决方案优先级继承和优先级天花板：如果任务之间由于有共享资源出现了竞争或者死锁，是会严重影响系统安全的。
因此uC／OS对共享资源提供了保护机制。
μC／OS_Ⅱ中任务优先级反转问题研究
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ １２ ．
Ｓｅ ２ ７ ｐ． ００
ｆ ／ 一Ⅱ ｃ ｏｓ 中任务优先级反转 问题研究
毛德梅ｈ ， 汪明珠。
（ ．皖 西 学 院 计算 机科 学 与 技 术 系 ， 徽 １ 安
械 与 电 子工 程 系 ， 徽 安 六安 ２ ７１ ） ３０ ２
六安
２ ７ １ ；．上 海 理 工 大学 计 算 机 工 程 学 院 ， 海 ３ ０ ２２ 上
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第２ ７卷 第 ３期 ２０ ０ ７年 ９月
安徽理 工大学 学报 （ 自然科学 版） Ｊｕｎｌ ｆ ｎ ｕＵｎ ｅｓｙ ｆ ｃ ｎｅ ｎ ｅｈ０ ｇ （ ａ ｒ ｃ ｎｅ ｏｒａ ｏ Ａ ｈｉ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｓｉ ｃ ａｄＴ ｃｎｌ ｙＮ ｔ ａ Ｓｉ ｃ） ｖ ｉ ｅ ｏ ｕｌ ｅ
ｉ ｅ ｒ ｔ ｄ ｂ ｔ ｒ ｔ ｓ ｎｄ ｗｉｌｍ ａ ｓ ｆｐｕ ｉ ｅ ｏ ｃ ｓ ａ ｕｉｋｌ ｓ ｐｏ ｓｂｌ ｎ ｏ ｄｅ Ｏ ｆ ｅ ｎｔ ｒ ｕｐ ｅ ｙ ｏ ｈｅ ａ ｋｓ ａ ｌ ｋｅ ｕ ｅ ｏ ｂｌｃ ｒ ｓ ｕｒ ｅ ｓ ｑ ｃ ｙ ａ ｓ ｉ ｅ ｉ ｒ ｒ ｔ ｒ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒ ｈｅ ｓ ｍａ ｈｏ ｅ，ａ ｈ ｎ ｔ ｅ ｔ ｓ Ｓ ｏ ｉ ｉ ｌｐｒｏ ｉｙ ｗｉｌｂｅｒ ｃ ｖ ｒ ｄ． ｎｄ ｔ ｅ ｈ ａ ｋ’ ｒｇ ｎａ ｉｒ ｔ ｌ
摘
要： ￣ ／ Ｓ 对 Ｃ Ｏ 一Ⅱ中任务优先级反转现象进行分析 ， 用优先级极限方法解决 了优先级反转
问题 ， 并对其进行 了改进 。 当任务 申请某资源时把该任务的优先级暂时提升到所有任务最高优
先级 的 高一个级 别 （ 先级极 限） ， 优 上 以使 该任 务不被 其他任 务所 打 断， 而 能尽 快地使 用 完共 从
实时系统优先级反转研究
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第２ ５卷 第 ６期
２０ ０ ８年 ６ 月
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌｃ ｔ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｕ ｅ ｓ ｐ ｉ ａｉ ｓ ａ ｃ ｆＣ ｍｐ ｔ ｒ ｏ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ６ １２ ．
Ｊｎ ２ ０ ｕ． ０８
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒｏ ｉ ｎ ｅ ｓｏ ｎ ｒ ａ —ｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｃ ｆｐ ｉｒｔ ｉ ｖ ｒ ｉ ｎ ｉ ｅ ｌｔｍｅ ｓ ｓｅ ｙ
Ｚ ＡＯ Ｑ ，Ｓ Ｏ Ｘａ— ｎ Ｈ ｉ Ｕ ｉ ｒ ｏａ
（ ｏｌ ｅｆＩ ｏｍａｉｎ＆ Ｅｅｒ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｈ ｂｉ ｎｖｒｔ ｎ ｉｅｒ ｇ， ａ ｄ ｎＨｅｅ０ ６ ３ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌｇ ｆｒ ｔ ｅ ｏ ｎ ｏ ｌ ｔｃＴｃｎｌ ｙ ｅｅ Ｕ ｉ ｓｙｏ Ｅ ｇｎｅ ｎ Ｈ ｎ ａ ｂｉ ５ ０ ８ ｈｎ ） ｃｉ ｏ ｅｉ ｆ ｉ
们 的优先 级顺 序是 ｔ ＞ｔ ｔ 过得 到分 配 的信 号量 已经 ． ＞ｔ， 通 获得一些 资源 。当 ｔ 抢 占 ｔ， ． 并且 为满 足得 到相 同信 号量 的
资源时 ， 就会被 阻塞。如果要确保 ｔ 不会 被长时 间阻塞 ， ｔ ． 。 由 于资源是不能 被抢 占的 ， 通常要 等 ｔ 的资源 用完后 ｔ 才能 得 到信号量 。然而 ， 低优 先级 任务 抢 占较高 优先 级任 务 （ ｔ） 如 ：
基于阻塞调度的优先级反转解决策略
１ 东 金 融 学 院 ， 州 ５０ ２ ． 广 广 １５ ０ ２番 禺职 业 技 术 学 院 ， 州 ５ １ ８ ． 广 １４ ３
１Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ｎｖ ｒｉ ｆＦｎ ｎ ｅ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ５ ０， ｈｎ ． ａ ｇ ｏ ｇ Ｕ ｉｅ ｔ ｏ ｉａ ｃ ， ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ２ Ｃ ｉａ ｓｙ
关键词 ： 阻塞 调 度 ； 先 级 反 转 ； 先 级 上 限协 议 ； 优 优 死锁
文 章 编 号 ：０ ２ ８ ３ （０ ７ ２ — ０ ０ ０ 文 献 标 识 码 ： 中图 分 类 号 ：＇ Ｏ １０ — ３ １２ ０ ）２ ０ ５— ３ Ａ Ｐ １ Ｉ３
１ 引言
优 先 级 反 转 是 指 在优 先 级 驱 动 的可 剥 夺 内 核 中 高 优 先 级
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５ ０
２ ０ ．３ ２ ） ０ ７ ４ （２
Ｃ ｍ ｕｅ ｎｉｅｒ ｇａ ｄＡ ｐｉａｏ ｓ计 算机 工 程 与 应 用 ｏ ｐ ｔｒＥ ｇ ｅｉ ｎ ｐ ｌ ｔ ｎ ｎ ｎ ｃｉ
基 于阻塞调度 的优先级反 转解 决策 略
陈尹 立 ， 彭诗力 ， 春 蓝 廖
任 务 被 低 优 先 级 任 务 阻 塞 ， 阻 塞 时 间无 法 预测 的 现 象 ， 重 其 严 恶 化 了系 统 的实 时 性 和 可 调度 性 ［ 】 １ 。目前 实 时操 作 系 统 （ Ｔ Ｓ ＲＯ ）
一
＿
Ｔ ｍｅ ｉ
ｔ ｏ ｔ ｌ ｔ ２ ｔ ３
＿
般 采 用 优 先 级 继 承 协 议 和 优 先 级 上 限协 议 来 避 免 优 先 级 反
抢占式优先级调度算法
抢占式优先级调度算法引言操作系统是计算机系统中最底层的软件，负责管理和协调计算机的硬件和软件资源。
其中一个重要的组成部分是任务调度算法，它决定了CPU在多个任务之间的分配和执行顺序。
抢占式优先级调度算法是一种常用的调度算法，在本文中将对其进行详细讨论。
什么是抢占式优先级调度算法抢占式优先级调度算法是一种基于任务优先级的调度算法，它可以在任何时刻中断正在执行的任务，并将CPU分配给具有更高优先级的任务。
换句话说，当有更紧急的任务到达时，抢占式优先级调度算法会中断当前正在执行的任务，将CPU分配给优先级更高的任务，从而确保紧急任务的及时执行。
抢占式优先级调度算法的实现方式抢占式优先级调度算法可以采用不同的实现方式。
以下是一些常用的实现方式：静态优先级静态优先级是在任务创建时即确定的。
每个任务被分配一个固定的优先级值，较高的值表示较高的优先级。
在执行过程中，优先级不会发生变化。
动态优先级动态优先级是在执行过程中根据任务的行为和状态动态调整的。
比如，当一个任务等待一个资源时，它的优先级可能会被降低，让其他可以执行的任务有机会运行。
抢占式优先级调度算法的特点高响应性抢占式优先级调度算法的主要目标是提供高响应性。
当有紧急任务到达时，当前正在执行的任务会被立即中断，CPU会被分配给优先级更高的任务。
这样可以确保紧急任务能够及时得到处理，提高系统的响应速度。
公平性抢占式优先级调度算法通常会给予所有任务公平的执行机会。
每个任务都有一个优先级，所有任务按照优先级顺序执行。
这种方式可以确保每个任务都有机会执行，避免某些任务长时间占用CPU，导致其他任务无法得到执行。
多级优先级抢占式优先级调度算法通常支持多级优先级。
不同的任务可以被分为多个优先级组，而每个组内部任务的优先级相同。
这样可以更好地控制任务的执行顺序，提高系统的灵活性和可控性。
抢占式优先级调度算法的应用场景实时系统实时系统对任务的响应时间要求非常高，需要尽可能减小任务的执行延迟。
基于容错技术的优先级反转研究
高 优
《 ｓｎ ｎ
。
低 优 先级
图 １ 优 先 级 翻 转 不 意 图
的进程会被低优先权进程阻塞 ， 反而使具有 中等优先权的进程 先于高优先权 的进程执行 ， 导致系统崩溃 。这就是所谓 的优先
级 反 转 。 目前 ， 遍 采 用 优 先 级 置 顶协 议 和 优 先 级继 承协 议 来 普
赵 奇 ，索 晓冉 ，方琦军
（ 河北工程 大学 信息 与电 气工程 学院 ，河北 邯 郸 ０ ６ ３ ） ５ ０ ８ 摘 要 ：优 先级反 转是 实时 系统 中出现 最 多的问题 。为 了防止这 种现 象的发生 ， 目前 经常采 用的方 法是优 先级
继承和优 先级置顶 。但 是 ， 它们在 特定情 况下也存在 缺 陷。容错 技 术是提 高 系统可 靠性 的重要 保 障 ， 用容错 利
０ 引言
目前实时系统在军事 、 经济 、 科学等 多个领域 中起着 重要
的作 用 。而 绝 大 多 数 实 时 系统 都 是 多 任 务实 时微 内核 的 结 构 ， 采 用 的 是基 于优 先 级 的 可 抢 占式 调 度 策 略 。系 统 为 每 一 个 任 务 分 配 一个 优 先 权 ， 度 程 序 保证 当前 运 行 的进 程 是 优先 权 最 调 高 的 进 程 。但 是 ， 由于 多 进 程 共 享 资 源 ， 时 具 有 最 高 优 先 权 有
解决优先级 的反转问题。但是 ， 它们在某种特定条件下也存在
不 足 ， 样 会 降低 系统 整 体 的 实 时 性 能 。 这 在 实 时 系统 的运 行 过 程 中 ， 错是 最 重 要 的 可 靠 性保 障手 容 段 。 容 错就 是 系 统 在 出现 错 误 的情 况 下 ， 能 在 规定 的时 间范 仍
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优先级反转+解决方案
1. 优先级反转(Priority Inversion)
由于多进程共享资源，具有最高优先权的进程被低优先级进程阻塞，反而使具有中优先级的进程先于高优先级的进程执行，导致系统的崩溃。
这就是所谓的优先级反转(Priority Inversion)。
2. 产生原因
其实,优先级反转是在高优级(假设为A)的任务要访问一个被低优先级任务(假设为C)占有的资源时,被阻塞.而此时又有优先级高于占有资源的任务(C)而低于被阻塞的任务(A)的优先级的任务(假设为B)时,于是,占有资源的任务就被挂起(占有的资源仍为它占有),因为占有资源的任务优先级很低,所以,它可能一直被另外的任务挂起.而它占有的资源也就一直不能释放,这样,引起任务A一直没办法执行.而比它优先低的任务却可以执行.
所以,一个解决办法就是提高占有资源任务的优先级,让它正常执行,然后释放资源,以让任务A能正常获取资源而得以执行.
3. 解决方案( 优先级继承/ 优先级天花板)
目前解决优先级反转有许多种方法。
其中普遍使用的有2种方法：一种被称作优先级继承(priority inheritance)；另一种被称作优先级极限(priority ceilings)。
A. 优先级继承(priority inheritance)
优先级继承是指将低优先级任务的优先级提升到等待它所占有的资源的最高优先级任务的优先级.当高优先级任务由于等待资源而被阻塞时,此时资源的拥有者的优先级将会自动被提升.
B. 优先级天花板(priority ceilings)
优先级天花板是指将申请某资源的任务的优先级提升到可能访问该资源的所有任务中最高优先级任务的优先级.(这个优先级称为该资源的优先级天花板)
A 和B的区别:
优先级继承,只有当占有资源的低优先级的任务被阻塞时,才会提高占有资源任务的优先级,而优先级天花板,不论是否发生阻塞,都提升.。