举例:有三个线程分别为:A、B、C。优先级A > B > C,线程A和B处于挂起状态,等待某一事件发生,线程C正在运行,此时任务C开始使用共享资源Source。在使用Source时,线程A等待事件到来,线程A转为就绪态,因为线程A优先级比线程C高,所以线程A会立即执行。当线程A要使用共享资源Source时,由于共享资源Source正在被线程C使用,因此线程A被挂起,线程C开始运行。如果此时中等优先级线程B等待事件到来,则线程B转为就绪态。由于线程B优先级比线程C高,因此线程B开始运行,直到其运行完毕,线程C才开始运行。直到线程C释放共享资源Source后,线程A才得以执行。在这种情况下,优先级发生了翻转,线程B先于线程A运行。
使用信号量会导致的另一个潜在问题是线程优先级翻转问题。所谓优先级翻转,即当一个高优先级线程试图通过信号量机制访问共享资源时,如果该信号量已被一低优先级线程持有,而这个低优先级线程在运行过程中可能又被其它一些中等优先级的线程抢占,因此造成高优先级线程被许多具有较低优先级的线程阻塞,实时性难以得到保证。如下图所示:有优先级为 A、B 和 C 的三个线程,优先级 A > B > C。线程 A,B 处于挂起状态,等待某一事件触发,线程 C 正在运行,此时线程 C 开始使用某一共享资源 M。在使用过程中,线程 A 等待的事件到来,线程 A 转为就绪态,因为它比线程 C 优先级高,所以立即执行。但是当线程 A 要使用共享资源 M 时,由于其正在被线程 C 使用,因此线程 A 被挂起切换到线程 C 运行。如果此时线程 B 等待的事件到来,则线程 B 转为就绪态。由于线程 B 的优先级比线程 C 高,因此线程 B 开始运行,直到其运行完毕,线程 C 才开始运行。只有当线程 C 释放共享资源 M 后,线程 A 才得以执行。在这种情况下,优先级发生了翻转:线程 B 先于线程 A 运行。这样便不能保证高优先级线程的响应时间。
在 RT-Thread 操作系统中,互斥量可以解决优先级翻转问题,实现的是优先级继承算法。优先级继承是通过在线程 A 尝试获取共享资源而被挂起的期间内,将线程 C 的优先级提升到线程 A 的优先级别,从而解决优先级翻转引起的问题。这样能够防止 C(间接地防止 A)被 B 抢占,如下图所示。优先级继承是指,提高某个占有某种资源的低优先级线程的优先级,使之与所有等待该资源的线程中优先级最高的那个线程的优先级相等,然后执行,而当这个低优先级线程释放该资源时,优先级重新回到初始设定。因此,继承优先级的线程避免了系统资源被任何中间优先级的线程抢占。