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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，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:

任务t3优

先级为30

t3优先级提升为19

mutex1优

先级置顶

的优先级

为19

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