7 Undesirable Effects - Priority inversion,Timing anomalies,Deadlock

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Priority inversion
"Priority inversion"（優先級倒置）是一種在多任務系統中可能發生的問題，當一個高優先級的任務被一個低優先級的任務所阻塞(blocked)時，就會發生優先級倒置。

這通常發生在當一個高優先級的任務試圖鎖定（lock）一個已經被一個低優先級的任務鎖定的資源時。在這種情況下，高優先級的任務必須等待低優先級的任務釋放該資源，此時高優先級的任務被阻塞。

這裡需要注意的是，一個低優先級的任務不會被高優先級的任務"阻塞"。因為在多任務系統中，當一個高優先級的任務準備好運行時，它可以中斷（preempt）正在運行的低優先級的任務。換句話說，一個高優先級的任務可以"推擠"（displace）低優先級的任務，但不會阻塞它們。

優先級倒置可能會破壞高優先級任務的可調度性（schedulability）。因為高優先級的任務可能需要在一個固定的時間內完成，但如果它們被低優先級的任務阻塞，那麼它們可能無法在截止時間前完成。這就是為什麼設計實時系統和調度策略時，需要考慮並儘量避免優先級倒置的問題。


Timing anomalies
"Timing anomalies"（時間異常）是一種在實時系統中可能發生的現象，當一個任務或工作比預期更早地完成時，理論上，所有其他任務的響應時間應該變早（或至少不變晚）。然而，在某些情況下，這可能不會發生，這就是所謂的"時間異常"。

這種現象可能由於多種因素引起，包括但不限於調度策略、資源共享以及硬體行為等。舉例來說，假設有兩個任務A和B，A的優先級高於B，且兩者都需要訪問同一個資源。如果A比預期早完成，那麼B可能會提前開始，並鎖定該資源。然後，如果此時有一個新的A任務到達，則它需要等待B釋放資源，這可能導致A的響應時間變長，即使原本的A任務比預期早完成。

總的來說，"時間異常"是一種反直覺的現象，它強調了在設計和分析實時系統時需要考慮的複雜性。


Deadlock
"Deadlock"（死鎖）是一種在多任務系統，包括實時系統中可能發生的嚴重錯誤。當一個或多個任務（tasks）在試圖獲得一組資源（resources）時，如果每個任務都在等待由其他任務持有的資源，並且這些任務都不會釋放它們已經持有的資源，那麼就會產生死鎖。

這種情況通常被描述為"圓形等待"（circular waiting），因為每個任務都在等待下一個任務所持有的資源，而這創建了一種循環的依賴關係。結果，所有涉及的任務都無法繼續進行，因為它們都在無限期地等待永遠不會變得可用的資源。

對於死鎖的處理，有兩種主要的策略：死鎖預防（deadlock prevention）和死鎖檢測與恢復（deadlock detection and recovery）。在實時系統中，通常更偏向於使用死鎖預防策略，因為一旦死鎖發生，可能會導致系統無法在規定時間內完成任務。

死鎖預防通常涉及對資源訪問的部分排序（partial order）的實施。這意味著系統強制任務按照某種預定的順序來獲取資源，從而防止圓形等待的情況發生。例如，我們可以將資源編號，並要求任務只能按照數字順序獲取資源。這樣，任務就不能在持有一個高編號的資源的同時，去嘗試獲得一個低編號的資源，從而防止了死鎖的發生。