1.什么是优先级反转

高优先级的任务被低优先级的任务阻塞,但是中优先级的任务却可以获取到CPU资源&并且执行

举个实际例子: 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。

  • 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,需要等Thread3释放同步资源(这个很正常),但是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。

2.如何解决优先级反转

2.1 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。 带有优先级继承调度过程 与上相比,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。

2.2 优先级天花板

将申请某资源的任务的优先级提升到可能申请该资源所有任务的优先级中最高。注意描述中,有一个可能申请该资源,也就是说,只要是申请该共享资源的线程,优先级会直接调整为最高,这种方法简单易行,不必进行复杂的判断,不管线程是否阻塞了高优先级线程的运行,只要线程访问共享资源都会提升线程的优先级。