우선순위 역전

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우선순위 역전(Priority Inversion)은 실시간 운영체제(RTOS)나 우선순위 기반 스케줄링을 사용하는 환경에서 발생하는 현상으로, 다음과 같이 정의 및 설명될 수 있습니다:
정의:

• 낮은 우선순위를 가진 작업(Task)이 공유 자원(예: 세마포어)을 점유하고 있을 때, 높은 우선순위를 가진 작업이 해당 공유 자원이 필요하여 대기하게 되는 상황입니다. 이 때, 중간 우선순위를 가진 작업이 낮은 우선순위의 작업보다 먼저 실행되어, 결과적으로 우선순위가 높은 작업이 가장 늦게 실행되는 현상을 말합니다.
• 간단히 말하면, 우선순위가 높은 프로세스가 우선순위가 낮은 프로세스 때문에 실행되지 못하고 지연되는 현상입니다.

• 공유 자원 접근: 주로 공유 자원에 대한 접근을 제어하는 과정(동기화)에서 발생합니다. 낮은 우선순위의 작업이 공유 자원을 점유하고 있는 동안, 높은 우선순위의 작업이 동일한 자원을 필요로 할 때 발생합니다.
• 스케줄링과 동기화의 상호작용: 스케줄링 규칙에 따라 실행되어야 하는 쓰레드와 동기화 메커니즘에 의해 실행되어야 하는 쓰레드가 서로 다를 때, 우선순위 역전이 발생할 수 있습니다.
• 선점형 스케줄링: 선점형 스케줄링 방식에서 우선순위가 높은 작업이 우선순위가 낮은 작업의 실행 순서를 역전시킬 수 있습니다.

• 실시간성 저해: 실시간 시스템에서 중요한 작업의 수행이 지연되어, 정해진 시간 안에 완료되지 못할 수 있습니다.
• 시스템 성능 저하: 중요한 작업이 무한정 대기하게 되면, 전체 시스템의 성능 저하 또는 이상 현상을 유발할 수 있습니다.

• 우선순위 상속(Priority Inheritance): 낮은 우선순위의 작업이 공유 자원을 점유하는 동안, 해당 작업의 우선순위를 일시적으로 높은 우선순위 작업의 수준으로 높여주는 방법입니다. 이를 통해 중간 우선순위 작업에 의한 간섭을 방지하고, 높은 우선순위 작업이 빠르게 실행될 수 있도록 합니다.
• 우선순위 실링 프로토콜 (Priority Ceiling Protocol): 공유 자원마다 우선순위 상한(ceiling)을 설정하고, 이 상한 이상의 우선순위를 가진 작업만이 해당 자원에 접근할 수 있도록 하는 방법입니다.