优先级反转问题以及解决方式

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1、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

2、，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

3、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。rawos的mutex模块成功弥补了其它实时系统在这方面的不足。Rawos的mutex同时支持优

4、先级置顶和优先级继承的方式来解决优先级反转的问题。优先级置顶方法需要给每一个mutex静态指定一个优先级，第一个获得mutex的任务会把优先级提高到静态指定的优先级。优先级置顶的方法需要把竞争这个mutex的所有任务优先级都要搞清楚，通常适用于系统中运行的任务优先级不改变的情况。如果一个任务会获得多层嵌套的mutex锁，这个时候使用优先级继承的方法设计不好的话容易死锁，但是使用优先级置顶的方法能够避免此种情况出现。下图是任务t3获得mutx1的情况，示例如下:假设访问mutex1的任务有t1,t2,t3,t1的优先级为20，t2的优先级为25，t3优先级为30，数字越小表明优先级越高。这个时

5、候mutex1指定的优先级置顶的优先级是19，即比t1,t2的优先级要高。假设任务t3的首先获得mutex1,这个时候任务t3的优先级会提升为19，所以t3会运行完之后释放锁轮到t1运行综上所述，优先级置顶的话需要事先静态分析清楚，的确是比较麻烦的，好处是系统可以一目了然，不存在暗箱，做到系统每一个点都是很清楚。再来谈谈优先级继承的方法,所谓优先级继承的含义是，当优先级反转发生的时候，低优先级任务的优先级被自动提升为高优先任务的优先级,示例如下：假设任务t3的优先级为30,t2优先级为25，t1优先级为20。因为数字越小优先级越高，所以t1优先级大于t2,t2优先级大于t3。假设t1和t2处

6、于休眠状态，t3会运行首先获得了锁，然后在一个时间点高优先级任务t1被唤醒，抢占了t3,然后t1也尝试去获得锁，因为t3已经获得了锁，所以t1只能睡眠，就在此时，任务t3的优先级被任务t1拉升为20。任务t3会接着继续运行，如果此时t2被唤醒，因为优先级低于t3,所以不会抢占t3,所以t3会继续运行直到释放锁，然后t3的优先级会被还原到最初值，接着轮到最高优先级任务t1运行。整个过程的关键是中间优先级的任务t2不会打断t3,也就避免了优先级反转的问题。优先级反转的问题掌握着实时系统的命脉，这个问题上处理的不当得话，用户的系统实时性是得不到任何保障的，纵观目前的RTOS在mutex这个问题上很

7、多都是处理的不当的，具体以下分析代码会细谈这个问题。Mutexapi应用1RAW_U16raw_mutex_create(RAW_MUTEX*mutex_ptr,RAW_U8*name_ptr,RAW_U8policy,RAW_U8ceiling_prio)函数功能：此函数创建了一个mutex.此函数的参数有4个，分别含义如下:mutex_ptr为RAW_MUTEX实体控制块的地址。name_ptr是这个mu