PCP下的优先级反转类型

简介

PCP（Process Control Block）是Linux内核中的一个模块，用于管理进程，包括进程的调度、资源分配、进程状态等。

在进程调度中，优先级反转类型是一种常见的现象。当一个高优先级进程需要等待一个低优先级进程所占用的资源时，会出现优先级反转现象，导致高优先级进程长时间等待，影响系统的性能和响应速度。

优先级反转类型

经典优先级反转

经典优先级反转指的是一个高优先级进程等待一个低优先级进程所占用的资源，而该低优先级进程却被一个中间优先级进程抢占了CPU，并且该中间优先级进程无法释放所占用的资源，导致高优先级进程一直等待。

代码片段

// 定义高、中、低优先级进程
struct task_struct {
    int priority;
    struct semaphore sem;
};

struct task_struct high_task;
struct task_struct mid_task;
struct task_struct low_task;

// 低优先级进程占用资源
void low_task_func() {
    down(sem);
    do_something();
    up(sem);
}

// 中优先级进程抢占CPU
void mid_task_func() {
    acquire_CPU();
    do_something();
    release_CPU();
}

// 高优先级进程等待低优先级进程
void high_task_func() {
    while (!try_sem(sem)) {
        schedule();
    }
    do_something();
}

多级优先级反转

多级优先级反转指的是一个高优先级进程等待一个低优先级进程所占用的资源，但低优先级进程同时还被其他中间优先级进程等待，导致高优先级进程等待时间更长。

代码片段

// 定义高、中、低优先级进程
struct task_struct {
    int priority;
    struct semaphore sem;
};

struct task_struct high_task;
struct task_struct mid_task_1;
struct task_struct mid_task_2;
struct task_struct low_task;

// 低优先级进程占用资源
void low_task_func() {
    down(sem);
    do_something();
    up(sem);
}

// 中优先级进程等待低优先级进程
void mid_task_func() {
    while (!try_sem(sem)) {
        schedule();
    }
    do_something();
}

// 高优先级进程等待低优先级进程
void high_task_func() {
    while (!try_sem(sem)) {
        schedule();
    }
    do_something();
}

解决方法

添加优先级继承

添加优先级继承机制可以避免优先级反转现象。当一个进程需要等待另一个进程所占用的资源时，将其优先级设置为被等待进程的优先级，直到该资源被释放。

添加优先级抢占

添加优先级抢占机制可以使较高优先级的进程优先占用CPU，避免长时间等待。可以通过内核预设的时间间隔或者硬件中断来实现优先级抢占。

总结

优先级反转现象是在进程调度中会出现的一个问题。通过优先级继承和优先级抢占等机制可以有效地解决该问题，提高系统的性能和响应速度。