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加锁造成的线程优先级反转

article 2024/11/17 5:15:40

优先级反转（Priority Inversion），也称优先级翻转，一般是在优先级不同的多线程环境中发生。在桌面操作系统中，线程的优先级不是太重要，因此较少见优先级反转的现象。但是，优先级反转是实时操作系统（RTOS）中一个常见的问题，特别是在采用优先级调度算法的系统中。这个问题通常发生在多个线程共享一个资源（如一个互斥锁或信号量）时，低优先级的任务意外地阻塞了高优先级的任务。

假设有3个线程，thread1、thread2 和 thread3，它们的优先级依次为thread1 < thread2 < thread3。同时运行这3个线程，且只有 thread1 和 thread3 需要占用资源A。当 thread1 执行时，占用了资源A，并且未释放资源A，这种情况下，发生线程切换时，优先执行thread3，但是，由于 thread3 需要占用资源A，而资源A被 thread1 占用并未被释放，因此，thread3 需要等待 thread1 执行释放资源A。但是，由于 thread2 的优先级比 thread1 要高，导致线程切换时，优先执行 thread2，导致 thread1 无法执行，这样看起来就像 thread3 需要等待 thread2 执行完毕，才能执行 threa3，看起来就像thread2 的优先级 > thread3的优先级。这种现象就被称为优先级反转。

以下代码演示了优先级不同的3个线程，执行相同的任务，优先级最高的线程获得的CPU时间最多，最先执行完毕，优先级最低的线程获得的CPU时间最少，最后执行完毕：


#include <chrono>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void consumeTime()
{
    int iMax = 2000000;
    int jMax = 10000;
    for(int i = 0; i < iMax; i++)
        for(int j = 0; j < jMax; j++);
}
std::int64_t getCurTs()
{
    return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(std::chrono::system_clock().now().time_since_epoch()).count();
}
static void* thread1(void * par)
{
    std::cout << "thread1 begin" << std::endl;
    std::int64_t tms = getCurTs();
    consumeTime();
    std::int64_t tme = getCurTs();
    int span = (int)(tme - tms);
    std::cout << "thread1 end , duration : " << span <&l

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