RTOS优先级翻转

优先级反转（Priority Inversion）是实时操作系统（RTOS）中一种资源竞争引发的调度异常现象，可能导致高优先级任务被低优先级任务阻塞，从而违反实时性要求。

优先级反转的发生条件
涉及三个及以上不同优先级的任务：例如任务A（最高）、任务B（中）、任务C（最低）。

共享资源的竞争：任务C持有某资源（如互斥锁），而任务A也需要该资源。

中间优先级任务的介入：任务B抢占任务C，导致任务C无法释放资源，间接阻塞任务A。

典型场景示例
正常调度：任务A > 任务B > 任务C（按优先级执行）。

反转发生：

任务C获取资源锁。

任务A请求同一锁，被阻塞，等待C释放。

任务B就绪，抢占C（因B优先级高于C）。

任务C因被B抢占，无法释放锁，导致任务A持续等待。

结果：任务A（最高优先级）实际上被任务B（中优先级）阻塞，优先级顺序被“反转”。

严重后果
实时性丧失：高优先级任务可能错过截止时间（如火星探路者号故障案例）。

系统死锁风险：若多个资源竞争，可能导致更复杂的阻塞链。

解决方法
优先级继承（Priority Inheritance）：

机制：当高优先级任务（A）等待低优先级任务（C）持有的资源时，临时将C的优先级提升至与A相同。

效果：C不被中优先级任务（B）抢占，尽快释放资源，解除A的阻塞。

优先级天花板（Priority Ceiling）：

机制：为资源预设一个“最高优先级”（天花板）。任务获取该资源时，自动提升自身优先级至天花板级别。

效果：防止任何任务在持有资源期间被优先级更高的任务抢占。

禁止资源抢占：任务持有资源时禁止调度，但可能降低系统并发性。

总结
优先级反转是RTOS中因资源竞争引发的调度异常，需通过动态优先级调整（如继承或天花板）来确保高优先级任务不被低优先级任务间接阻塞，从而保障实时性。理解并规避此类问题对设计可靠嵌入式系统至关重要。