??? 拓荒者號(hào)飛行器在1997年7月4日登陸火星，并開始收集星球上的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送回地球。但是在任務(wù)開始幾天后，飛行器就開始經(jīng)歷重置整個(gè)系統(tǒng)的bug。這導(dǎo)致了大量珍貴的采集數(shù)據(jù)的丟失。在經(jīng)歷了制作團(tuán)隊(duì)（Jet Propulsion Laboratory）巨大的努力排查之后，發(fā)現(xiàn)問題的根源在于系統(tǒng)調(diào)度中的優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)問題。

??? 對(duì)于任何一個(gè)設(shè)置優(yōu)先級(jí)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)都會(huì)先執(zhí)行優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)是指當(dāng)系統(tǒng)由于某些原因不得不等待低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)完成，才讓高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行的情況。這種看似不合理的情況是非常容易發(fā)生的。比如說，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的正確性，公共變量不得不在被使用時(shí)先“鎖”起來。當(dāng)程序A在執(zhí)行過程中，如果占用了某個(gè)公共變量X，任何其他的程序，比如B都不可以訪問這個(gè)變量X。B能做的只有等待A在使用完這個(gè)變量，并且釋放了對(duì)這個(gè)變量的控制權(quán)之后，才可以去訪問這個(gè)公共變量X。通常實(shí)現(xiàn)這個(gè)的方法是設(shè)置semaphore。當(dāng)B的優(yōu)先級(jí)比A高的時(shí)候，優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)的問題就隨之產(chǎn)生了。

???? 優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)還會(huì)帶來一個(gè)問題，就是在高優(yōu)先級(jí)任務(wù)等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)完成的時(shí)候，可能這個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)本身就會(huì)錯(cuò)過完成的截止日期，這反過來又會(huì)影響到其他的程序，翻來覆去就會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)造成致命的影響。

???? 回到拓荒者飛行器的故事上，簡(jiǎn)單來說它的操作系統(tǒng)總共設(shè)置了3個(gè)任務(wù)，優(yōu)先級(jí)依次下降：

T1：周期性的檢測(cè)飛行器系統(tǒng)和軟件是否工作正常
T2：處理圖像數(shù)據(jù)
T3：隨機(jī)對(duì)某些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)

??? 當(dāng)任務(wù)T1完成后，系統(tǒng)中的看門狗時(shí)鐘就會(huì)被重置到最大值。如果看門狗的數(shù)值降低到負(fù)值，也就是說當(dāng)T1沒有按時(shí)完成時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為整個(gè)操作系統(tǒng)一定是在某個(gè)地方出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的問題，安全起見，操作系統(tǒng)就會(huì)重置所有的軟件以及硬件。這個(gè)操作會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)定，T1和T3共同擁有一個(gè)公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（即變量）。

下圖描述了優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)發(fā)生的過程：

t1時(shí)刻：T3開始執(zhí)行

t2時(shí)刻：T3鎖住了semaphore，也就是s，導(dǎo)致其他程序無法訪問公共變量s

t3時(shí)刻：T1由于擁有更高的優(yōu)先級(jí)，替代了T3，并讓自己開始執(zhí)行

t4時(shí)刻：T1想要訪問公共變量s，但是由于T3已經(jīng)鎖住了公共變量s，所以T1無法訪問公共變量s，只好暫停程序

t5時(shí)刻：T2由于擁有比T3更高的優(yōu)先級(jí)，于是開始執(zhí)行

t6時(shí)刻：T2由于一些其他的因素暫停執(zhí)行，這些因素于T1和T_無關(guān)，所以T2可能執(zhí)行了很長(zhǎng)時(shí)間

t7時(shí)刻：T3終于獲得機(jī)會(huì)執(zhí)行，在使用完公共變量s并將其釋放后，T1立刻搶占了資源，開始執(zhí)行

??? 由上述過程可以發(fā)現(xiàn)，T1必須等待T2和T3都執(zhí)行完之后才可以執(zhí)行完自己的程序。這么做的后果是很有可能T1無法按時(shí)完成，導(dǎo)致系統(tǒng)重啟。

??? 一個(gè)比較好的解決方案就是，引入優(yōu)先級(jí)繼承的機(jī)制，即，在T3鎖住公共變量后，它遍繼承了和它共享這個(gè)公共變量的T1的優(yōu)先級(jí)，如下圖所示，這樣就可以很大程度上避免上述問題。具體的步驟如下所示：

t1時(shí)刻：T3開始執(zhí)行

t2時(shí)刻：T3鎖住了semaphore，也就是s，導(dǎo)致其他程序無法訪問公共變量s

t3時(shí)刻：T1由于擁有更高的優(yōu)先級(jí)，替代了T3，并讓自己開始執(zhí)行

t4時(shí)刻：T1想要訪問公共變量s，但是由于T3已經(jīng)鎖住了公共變量s，所以T1無法訪問公共變量s，只好暫停程序，但同時(shí)，T1將自己的優(yōu)先級(jí)賦予了T3

t5時(shí)刻：T2想要執(zhí)行，但是此時(shí)其優(yōu)先級(jí)小于T3，所以暫不執(zhí)行

t6時(shí)刻：T3執(zhí)行完對(duì)于公共區(qū)域內(nèi)的一系列程序，向T1返還優(yōu)先級(jí)。這時(shí)T1搶占了T3的資源開始執(zhí)行

t7時(shí)刻：T1執(zhí)行完畢，換T2執(zhí)行

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/flowerdrops/p/8717872.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的通过1997年拓荒者号飞行器事件理解优先级反转的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。