優先順序反轉

一、什麼是優先順序反轉

優先順序反轉（Priority Inversion）是指在多線程和多進程中，由於共享資源的訪問導致低優先順序任務擁有高優先順序任務所需的資源，從而使高優先順序任務被迫等待低優先順序任務執行完畢，使得高優先順序任務的性能降低。

簡單來說，就是在多線程和多進程的情況下，高優先順序任務被低優先順序任務「挾持」，因為低優先順序任務在佔用高優先順序任務所需的資源。

二、為什麼會出現優先順序反轉

優先順序反轉是由於兩個進程或線程間，由於同步機制的存在或某個資源的獨佔性，導致較高優先順序的任務被阻塞，而較低優先順序的任務佔用了共享資源的情況下，就會出現優先順序反轉，這也是為什麼使用鎖時，如果處理不當容易導致優先順序反轉。

三、優先順序反轉的危害

優先順序反轉有可能導致：

1. 系統響應時間變慢，高優先順序任務因為等待低優先順序任務佔用資源而被延遲；

2. 系統實時性能受到影響，高優先順序任務無法在預期的時間內得到執行，會影響系統的實時性，使系統難以滿足對時間要求嚴格的實時應用場景；

3. 死鎖，即多個任務之間發生相互等待，導致程序無法繼續往下執行。

四、如何解決優先順序反轉

為了解決優先順序反轉問題，可以採取以下方法：

1.優化調度演算法

當高優先順序任務等待低優先順序任務時，可以對調度演算法進行優化，在原先調度演算法的基礎上增加優先順序反轉檢測邏輯，在檢測到優先順序反轉時優化任務調度順序。

2.禁用中斷

針對實時嵌入式系統，可以禁用某些中斷，從而避免產生優先順序反轉。

3.增加臨界區的粒度

針對通過鎖來保護臨界區的情況，可以適當增加臨界區的粒度，從而減小出現優先順序反轉的概率。

4.優化共享資源的使用方式

對於共享資源，需要在使用時優化管理策略，減少低優先順序任務的佔用時間。

五、示例代碼

// 偽代碼，模擬優先順序反轉的情況

// 定義兩個任務和一個資源
TaskA: Priority = 2;
TaskB: Priority = 1;
Resource: shared;

// 在TaskA中需要使用Resource
function TaskA() {
    Resource.lock();
    //do something
    Resource.unlock();
}

// 在TaskB中也需要使用Resource，但是TaskB的優先順序很低
function TaskB() {
    Resource.lock();
    //TaskB的操作需要很長時間
    Resource.unlock();
}

// 當TaskB開始運行時，TaskA已經佔用了Resource，TaskB只有等待
// 然後TaskA因為等待某些操作而被阻塞，TaskB開始使用Resource，就出現了優先順序反轉情況。