Prioritätsinversion

Prioritätsinversion bezeichnet ein Phänomen in zeitkritischen Systemen, bei dem die tatsächliche Priorität eines Tasks durch die Ausführung anderer Tasks beeinflusst wird und so die Bevorzugung eines höherpriorisierten Tasks verhindert oder verzögert wird. Typischer Auslöser ist der gleichzeitige Zugriff auf freigegebene Ressourcen wie Mutexes oder Sperren.

Der typische Mechanismus lässt sich mit drei Tasks erklären: Ein hochpriorisierter Task H wartet auf eine Ressource, die von einem niedrigpriorisierten Task L gehalten wird. Ein Medium-Prioritäts-Task M kann währenddessen L vorzeitig unterbrechen. Dadurch wird H daran gehindert, die Ressource zu erhalten, obwohl er höher priorisiert ist als M. Das Ergebnis ist eine verlängerte Reaktionszeit oder verpasste Deadlines von H, obwohl kein direkter Konflikt zwischen H und L besteht.

Auswirkungen dieser Inversion können vor allem in Echtzeitsystemen gravierend sein. Sie erhöht die Wartezeiten, verschlechtert das Scheduling-Verhalten und kann bei zeitkritischen Aufgaben zu Terminverzug führen.

Zur Eindämmung werden verschiedene Protokolle eingesetzt. Beim Priority Inheritance Protocol (PI) übernimmt L temporär die höchste Priorität aller wartenden höherpriorisierten Tasks, solange es die Ressource hält, und kehrt nach Freigabe zur ursprünglichen Priorität zurück. Beim Priority Ceiling Protocol (PCP) erhält jede Ressource eine Deckenpriorität; bevor eine Aufgabe startet, müssen alle Deckenprioritäten berücksichtigt werden, um Inversionen zu vermeiden. Weitere Ansätze umfassen Ressourcensortierung, nicht-blockierende Synchronisation oder systematische Vermeidung von Ressourcenkonflikten.

Siehe auch: Echtzeitsysteme, Scheduling, Synchronisation, Mutex.