「火星探路者(mars pathfinder, mpf)」於2023年07月04日在火星表面著陸。在開始的幾天內工作穩定,並傳回大量資料,但是幾天後,「探路者」開始出現系統復位、資料丟失的現象。
經過研發人員的分析,最後得出結論,就是因為系統裡發生了優先順序反轉的問題。
其中有如下兩個任務需要互斥訪問共享資源「資訊匯流排」:
t1:匯流排管理任務,高優先順序(這裡用t1表示),負責在匯流排上放入或者取出各種資料,頻繁進行匯流排資料i/o,它被設計為最重要的任務,並且要保證能夠每隔一定的時間就可以操作匯流排。對匯流排的非同步訪問是通過互斥訊號量來保證的。
t6:資料收集任務,優先順序低(這裡用t6表示),它執行頻度不高,只向匯流排寫資料,並通過互斥訊號量將資料發布到「資訊匯流排」。
如果「資料收集任務 t6」持有訊號量期間,「匯流排管理任務 t1"就緒,並且也申請獲取訊號量,則匯流排管理任務阻塞,直到資料收集任務釋放訊號量。
這樣看起來會工作很好,當資料收集任務很快完成後,高優先順序的匯流排管理任務會很快得到執行。
但是,另有乙個需要較長時間執行的通訊任務(這裡用t3表示),其優先順序比t6高,比t1低,在很少情況下,如果通訊任務被中斷程式啟用,並且剛好在匯流排管理任務(t1)等待資料收集任務(t6)完成期間就緒,這樣t3將被系統排程,從而比它低優先順序的資料收集任務t6得不到執行,因而使最高優先順序的匯流排管理任務(t1)也無法執行,一直被阻塞在那裡。在經歷一定的時間後,看門狗觀測到「匯流排」沒有活動,將其解釋為嚴重錯誤,並使系統復位。
這個就是優先順序反轉。
解決的辦法:
vxworks中採用了優先順序繼承協議,當高優先順序任務需要低優先順序任務占用資源時,將低優先順序任務的優先順序提高到和高優先順序相同的級別,也就是低優先順序繼承了高優先順序任務的優先順序級別。
在上面的例子中,t6會繼承t1的優先級別,從而能保證t1一定比t3優先排程。在vxworks中,預設情況下該功能被關閉,所以就有可能發生優先順序反轉,也就導致了「火星探路者」中問題的發生。
另外還有乙個防止優先順序反轉的是優先順序天花板,不論是否阻塞了高優先順序任務,持有該協議的任務在執行期間,都被賦予優先順序天花板看作的優先順序,以使任務盡快完成操作。
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