22、实时操作系统：原理、特性与选择指南

实时操作系统：原理、特性与选择指南

1. 互斥锁与优先级天花板

在多任务系统中，任务对共享资源的访问需要进行同步控制，以避免数据竞争和不一致性问题。互斥锁（mutex）是一种常用的同步机制，当任务 L 释放互斥锁后，其优先级会恢复到之前的状态。在释放互斥锁之前，任务 L 不会被任务 M 抢占，这样可以确保任务 H 不会被不必要地延迟。

另一种解决方案是优先级天花板（priority ceilings）。每个资源都关联一个优先级值，调度器会将该优先级赋予访问该资源的任务。资源的优先级被设定为其最高优先级用户的优先级加 1。当任务使用完资源后，其优先级恢复正常。然而，使用优先级天花板也有一些缺点。首先，使用互斥锁的任务的优先级必须提前确定，以便设置合适的天花板值，这意味着操作系统无法自动完成这项工作。其次，如果天花板值设置得过高，优先级低于该天花板的无关任务可能会被锁定，无法执行。即使没有发生优先级反转，优先级天花板也可作为一种预防性措施使用。

在软件设计阶段，就需要仔细考虑同步机制的需求。一旦在软件中设计了互斥锁，所有开发者都必须正确使用它来访问共享资源。如果有人违反规则，软件可能无法按设计运行。在大型多程序员项目中，不同的程序员可能难以意识到某个资源是共享的。

2. 消息传递

信号量（semaphores）可以用于任务之间的信号传递，但有时除了信号之外，还需要传递数据。为此，操作系统通常提供另一种机制，即消息队列（message queue，也称为邮箱）。操作系统负责消息传递的缓冲和缓冲区管理，以及任务之间数据的安全通信。消息传递是将数据存储在全局变量这种简单方法的替代方案，它提供了一种更清晰、更少出错的数据交换方式。实时操作系统通常使