在這篇文章中，小編將為大家?guī)砬度胧綄崟r操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題的相關(guān)報道。如果你對本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、什么是嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)

嵌入式實時操作系統(tǒng)（Embedded Real-time Operation System，RTOS）。嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”。

當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致運行的嵌入式操作系統(tǒng)。

注：在工業(yè)控制、 軍事設備、 航空航天等領域?qū)ο到y(tǒng)的響應時間有苛刻的要求，這就需要使用實時系統(tǒng)。我們常常說的嵌入式操作系統(tǒng)都是嵌入式實時操作系統(tǒng)。比如μC/OS-II、eCOS和Linux、HOPEN OS。故對嵌入式實時操作系統(tǒng)的理解應該建立在對嵌入式系統(tǒng)的理解之上加入對響應時間的要求。

二、嵌入式實時操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題

通常情況下，任務的優(yōu)先級是根據(jù)其重要性和緊急性來設定的。但是，在并發(fā)系統(tǒng)或多任務環(huán)境中，確實存在一種被稱為“優(yōu)先級反轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。

什么時候會遇到這種現(xiàn)象？解決資源爭用問題時。

死鎖預防是實時系統(tǒng)設計中的一個重要因素。不幸的是,即使使用安全排除技術(shù),這可能也不是困難的終點。在解決資源爭用問題時,可能引入新的優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)問題。

電電俠   能詳細解釋下優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的原理嗎？優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的基本原理可以通過一個簡單的兩任務(A 和 B)系統(tǒng)的行為來解釋。

假設任務A 正在使用一個鎖定的資源,此時調(diào)度程序決定進行任務交換,新任務B希望使用 A 持有的資源。在檢查訪問機制時,發(fā)現(xiàn)資源不可用,因此任務 B 掛起?；コ鈾C制按計劃執(zhí)行。但是如果 B的優(yōu)先級高于 A 呢? 結(jié)果仍然相同,B仍然被阻塞。結(jié)果是低優(yōu)先級的任務 A 阻塞了高優(yōu)先級的任務B;在 A 釋放鎖定資源之前,B不能執(zhí)行。系統(tǒng)的行為表現(xiàn)得好像優(yōu)先級顛倒了一樣,即優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)。然而,這種行為正是使用互斥時所期望的,沒什么異常。

電電俠   （若有所思）在雙任務系統(tǒng)中,性能下降可能不是一個大問題。   但是看下圖的情況。

這是一個四任務系統(tǒng),由任務 A、B、C和 D(按照優(yōu)先級順序)組成。系統(tǒng)還包括兩個共享資源 W 和 X。請注意,為了簡化對系統(tǒng)行為的解釋,做了以下假設。

(1)上下文切換(重新調(diào)度)僅在滴答(tick)時間發(fā)生。

(2)任務可以隨時掛起。

(3)任務可以隨時就緒。

一個運行時場景

上圖示例的一個運行時場景,如下圖所示。在t0時刻,任務 D正在執(zhí)行,其他任務處于掛起狀態(tài)。在下一個滴答中斷(t1時刻)發(fā)生之前,D鎖定資源W。

注意:所有其他任務都已就緒。

在t1時刻,任務A搶占D,任務D重新進入就緒(等待運行)狀態(tài)。不久之后,A 試圖使用資源W 但發(fā)現(xiàn)它被鎖定,因此任務A 掛起。t2時刻,任務 B被激活,運行至完成,然后掛起。在t3時刻,任務C運行至完成并掛起。然后在t4時刻,D 再次執(zhí)行。只有當任務 D釋放資源鎖時,A 才能執(zhí)行(t5時刻)。

在此設計中,任務A被賦予最高優(yōu)先級,因為它是一項重要的任務。然而由于互斥機制鎖,任務A只能被迫等待所有其他任務完成后才能執(zhí)行。

電電俠   顯然這種表現(xiàn)是不能接受的, 如何才能防止“連鎖”優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)情況的發(fā)生?   這個問題可以通過兩種方式解決,都涉及臨時提升任務優(yōu)先級。

運行任務的優(yōu)先級可以提高到通過優(yōu)先繼承技術(shù)獲取的確定值。

為共享資源分配優(yōu)先級,然后將正在運行的任務的優(yōu)先級提高到資源優(yōu)先級值,這種方式稱為優(yōu)先級天花板技術(shù)。

三、嵌入式實時操作系統(tǒng)實時性影響因素

1、縮短中斷響應時間。

幾乎所有的實時事件都是通過中斷上報的，當中斷來臨時，必須停止當前的一切任務，響應中斷，把中斷分成兩部分：上半部分與下半部分，或者快中斷部分與慢中斷部分。上半部分屏蔽其他中斷，處理那些緊急任務，如清除某些寄存器，保存中斷現(xiàn)場，給相應進程發(fā)送消息等， 其他不太緊急的部分放在下半部分，此時所有中斷打開，不影響其他任務的完成。

2、縮短進程上下文切換時間。

當CPU在執(zhí)行某個任務時，實時任務到來，需要馬上執(zhí)行實時任務，不能等到當前任務時間片用完才去執(zhí)行實時任務，必須在中斷來臨之時馬上能夠切換過去，保存當前進程的上下文如寄存器，內(nèi)存，文件，信號等上下文，恢復實時任務的上下文。保存恢復上下文越快越好，這就要求兩個進程的上下文共享的資源越少越好，如每個任務的內(nèi)存是獨立的，甚至寄存器也是獨立的，這樣互不干擾，切換最快了。

3、縮短實時進程調(diào)度時間。

一般進程都是按照優(yōu)先級調(diào)度的，實時進程的優(yōu)先級當然要比非實時的高， 不同實時進程按緊急度不同優(yōu)先級也不同，實時進程調(diào)度算法最好與非實時部分有所區(qū)別，算法復雜度最好是O(1)。

以上便是小編此次想要和大家共同分享的內(nèi)容，如果你對本文內(nèi)容感到滿意，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站喲。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day！