प्राथमिकता व्युत्क्रमण

कंप्यूटर विज्ञान में, प्राथमिकता व्युत्क्रमण शेड्यूलिंग (कंप्यूटिंग) में एक रूपरेखा है जिसमें एक उच्च प्राथमिकता वाले कार्य (कंप्यूटिंग) को अप्रत्यक्ष रूप से कम प्राथमिकता वाले कार्य द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिससे कार्यों की निर्दिष्ट प्राथमिकताओं को प्रभावी ढंग से बदल दिया जाता है। यह प्राथमिकता प्रतिरूपण का उल्लंघन करता है कि उच्च-प्राथमिकता वाले कार्यों को केवल उच्च-प्राथमिकता वाले कार्यों द्वारा संचालित करके रोका जा सकता है। जब कम-प्राथमिकता वाले कार्य के साथ संसाधन विवाद होता है जिसे मध्यम-प्राथमिकता वाले कार्य द्वारा पूर्वाधिकृत किया जाता है तब व्युत्क्रम होता है।

सूत्रीकरण
माना कि H और L ,क्रमशः उच्च और निम्न प्राथमिकता वाले दो कार्य है, जिनमें से कोई भी संयुक्त संसाधन R का विशेष उपयोग प्राप्त कर सकता है। यदि L द्वारा R को प्राप्त करने के बाद H उसे प्राप्त करने का प्रयास करता है, तो H तब तक अवरुद्ध हो जाता है जब तक L संसाधन को त्याग नहीं देता है। अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए तंत्र में एक विशेष-उपयोग संसाधन R को साझा करने में सामान्यतौर पर L को R को तुरंत छोड़ना होता है ताकि H अत्यधिक समय तक अवरुद्ध न रहे। हालाँकि, अच्छे डिज़ाइन के बावजूद, यह संभव है कि मध्यम प्राथमिकता वाला तीसरा कार्य M, L के R के उपयोग के दौरान सञ्चालन योग्य हो सकता है। इस बिंदु पर L की तुलना में M प्राथमिकता में अधिक है और M, R पर निर्भर नहीं है इसलिए L को पूर्वाधिकृत करता है जिसके कारण L तुरंत R को छोड़ने में सक्षम नहीं होता है, जिसके परिणामस्वरूप H - सर्वोच्च प्राथमिकता वाली प्रक्रिया -सञ्चालन में असमर्थ हो जाता है। अर्थात, H को M जैसे कम प्राथमिकता वाले कार्यों के कारण अप्रत्यक्ष रूप से अप्रत्याशित रुकावट का सामना करना पड़ता है।

परिणाम
कुछ स्थितियों में, उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य के विलंबित निष्पादन पर किसी का ध्यान नहीं जाता है, और अंततः, कम-प्राथमिकता वाला कार्य साझा संसाधन जारी करता है जिसके परिणाम स्वरुप   प्राथमिकता व्युत्क्रमण तत्काल क्षति पहुंचाए बिना हो सकता है। हालाँकि, ऐसी भी कई स्थितियाँ हैं जिनमें प्राथमिकता व्युत्क्रमण से गंभीर समस्याएँ उत्त्पन्न हो सकती हैं। यदि उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य को संसाधनों की कमी के कारण छोड़ दिया जाता है, तो इससे तंत्र में खराबी हो सकती है या पूर्व-परिभाषित संशोधक उपायों को सक्रिय किया जा सकता है, जैसे कि संरक्षक अवधि पूरे तंत्र को प्रतिस्थापित कर रहा है। वास्तविक समय गणना प्रणालियों में प्राथमिकता व्युत्क्रमण के कारण होने वाली समस्याओं का एक उत्कृष्ट उदाहरण 1997 में मंगल ग्रह पथप्रदर्शक लैंडर द्वारा अनुभव की गई परेशानी है।

प्राथमिकता व्युत्क्रमण, तंत्र के अनुमानित प्रदर्शन को भी कम कर सकता है। कम-प्राथमिकता वाले कार्यों की प्राथमिकता सामान्यतौर पर कम होती है, उदाहरण के लिए, वे बैच कार्य या अन्य गैर-संवादात्मक गतिविधि हो सकते हैं क्योंकि उनके लिए कार्य तुरंत समाप्त करना महत्वपूर्ण नहीं होता है। इसी तरह, एक उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य की प्राथमिकता उच्च होती है क्योंकि प्राथमिक कार्यो को सख्त समय की बाधाओं के अधीन कार्य करने की आवश्यकता होती है उदाहरण के लिए, एक संवादात्मक उपयोगकर्ता को डेटा प्रदान करना हो सकता है, या वास्तविक समय प्रतिक्रिया गारंटी के अधीन कार्य करना हो सकता है। प्राथमिकता व्युत्क्रमण के परिणामस्वरूप निम्न-प्राथमिकता वाले कार्य का निष्पादन उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य को अवरुद्ध कर देता है, इससे तंत्र की प्रतिक्रिया कम हो सकती है या यहां तक ​​कि प्रतिक्रिया समय की गारंटी का उल्लंघन भी हो सकता है।

समय सीमा विनिमय नामक एक समान समस्या प्रारंभिक समय सीमा प्राथमिक अनुसूची (ईडीएफ) के अंतर्गत हो सकती है ।

समाधान
इस समस्या का अस्तित्व 1970 के दशक से ज्ञात है। लैम्पसन और रेडेल ने प्राथमिकता व्युत्क्रमण समस्या को इंगित करने वाले पहले पत्रों में से एक प्रकाशित किया था। यूनिक्स कर्नेल जैसे तंत्र पहले से ही splx प्राथमिकता के साथ समस्या का समाधान कर रहे थे। हालाँकि,स्थिति को पूर्वानुमान करने का कोई आसान तरीका नहीं है पर विभिन्न उपलब्ध समाधानों में से कुछ सामान्य समाधान निम्नलिखित हैं:


 * महत्वपूर्ण अनुभागों की सुरक्षा के लिए सभी व्यवधानों को असक्षम करना
 * जब प्राथमिकता व्युत्क्रमण को रोकने के लिए असक्षम अवरोधक का उपयोग किया जाता है, तो केवल दो प्राथमिकताएं पूर्वाधिकृत और असक्षम अवरोधक होती हैं। तीसरी प्राथमिकता के बिना, व्युत्क्रमण असंभव है। चूँकि अवरोधक डेटा का केवल एक अंश है, अव्यवस्थित तरीके से लॉक लगाना असंभव है और इसलिए गतिरोध उत्पन्न नहीं हो सकता है। जब सभी अवरोधक असक्षम होते हैं उस स्थिति में महत्वपूर्ण क्षेत्र हमेशा कार्य समाप्त होने तक संचालित होते है, इसलिए हैंग नहीं होते हैं। यदि केवल एक विशेष हार्डवेयर उपकरण का अवरोधक असक्षम किया गया है, तो हार्डवेयर द्वारा अवरोधक  की प्राथमिकता को प्राथमिकता व्युत्क्रमण द्वारा पुनः प्रस्तुत किया जाता है। यूनिक्स के शुरुआती संस्करणों में, splx(0) ... splx(7) नामक पूर्वाधिकृत की एक श्रृंखला ने दी गई प्राथमिकता के माध्यम से सभी व्यवधानों को असक्षम कर दिया था। महत्वपूर्ण अनुभाग में प्रवेश करने वाले किसी भी व्यवधान की सर्वोच्च प्राथमिकता को उचित रूप से चुनकर, सभी व्यवधानों को लॉक किए बिना प्राथमिकता व्युत्क्रम समस्या को हल किया जा सकता है। धीमे उपकरणों की प्राथमिकताएं कम होती है इसलिए उच्चतम सीमा को सामानांतर दर अनुसूची क्रम में सौंपा गया था।
 * एकाधिक सीपीयू तंत्र में, एक साधारण व्युत्क्रमण, एकल साझा संकेतन लॉकिंग का उपयोग किया जाता है। यह योजना साझा मेमोरी में एक एकल संकेतन प्रदान करती है जिसका उपयोग सभी सीपीयू द्वारा सभी इंटर-प्रोसेसर महत्वपूर्ण अनुभागों को व्यस्त-प्रतीक्षा के साथ लॉक करने के लिए किया जाता है। अधिकांश एकाधिक सीपीयू तंत्र पर इंटरप्रोसेसर संचार बहुमूल्य और धीमे होते है। इसलिए, ऐसी अधिकांश प्रणालियाँ का निर्माण साझा संसाधनों को न्यूनतम करने के लिए किया गया है। परिणामस्वरूप, यह योजना वास्तव में कई व्यावहारिक प्रणालियों पर उचित कार्य करती है। इन विधियों का उपयोग व्यापक रूप से सरल अंतः स्थापित प्रणाली में किया जाता है, जहां उन्हें उनकी विश्वसनीयता, सरलता और कम संसाधन उपयोग के लिए पुरस्कृत किया जाता है। इन योजनाओं में महत्वपूर्ण अनुभागों को बहुत संक्षिप्त रखने के लिए कुशल प्रोग्रामिंग की भी आवश्यकता होती है। कई सॉफ्टवेयर इंजीनियर इन्हें सामान्य प्रयोजन के कंप्यूटरों में अव्यवहारिक मानते हैं।


 * प्राथमिकता उच्चतम सीमा अनुबंध- पत्र
 * प्राथमिकता उच्चतम सीमा अनुबंध पत्र के साथ, साझा क्षति प्रक्रिया की अपनी एक उच्च विशेष प्राथमिकता होती है, जिसे क्षति को लॉक करने का कार्य सौंपा जाता है। अन्य उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य जो क्षति तक पहुंचने का प्रयास करते हैं, उनकी प्राथमिकता उच्चतम सीमा से अधिक न हो तो यह उत्तम तरीके से कार्य करता है।


 * प्राथमिकता वंशानुक्रम
 * प्राथमिकता वंशानुक्रम की नीति के तहत, जब भी किसी निष्पादित उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य को कम-प्राथमिकता वाले कार्य के साथ साझा किए गए कुछ संसाधनों के लिए प्रतीक्षा करना पड़ता है, तो कम-प्राथमिकता वाले कार्य को अस्थायी रूप से उसकी अवधि के लिए उच्चतम प्रतीक्षा प्राथमिकता वाले कार्य की प्राथमिकता सौंपी जाती है। साझा संसाधन का स्वयं का उपयोग, इस प्रकार मध्यम प्राथमिकता वाले कार्यों को (मूल रूप से) कम प्राथमिकता वाले कार्य को रोकने से रोकता है, और इस प्रकार प्रतीक्षारत उच्च प्राथमिकता वाले कार्य को भी प्रभावित करता है। एक बार संसाधन जारी होने के बाद, कम प्राथमिकता वाला कार्य अपने मूल प्राथमिकता स्तर पर जारी रहता है।


 * यादृच्छिक वृद्धि
 * लॉक रखने वाले तैयार कार्यों को प्राथमिकता में तब तक यादृच्छिक वृद्धि किया जाता है जब तक वे महत्वपूर्ण अनुभाग से बाहर नहीं निकल जाते है। इस समाधान का उपयोग माइक्रोसॉफ्ट विंडोज में किया जाता है।


 * ब्लॉक करने से बचें
 * क्योंकि प्राथमिकता व्युत्क्रमण में उच्च-प्राथमिकता वाले कार्य को अवरुद्ध करने के लिए कम-प्राथमिकता वाला कार्य सम्मिलित होते है, इसलिए प्राथमिकता व्युत्क्रमण से बचने का एक तरीका अवरोधन से बचना है। उदाहरण के लिए रीड-कॉपी-अपडेट जैसे गैर-अवरुद्ध एल्गोरिदम का उपयोग करना।

यह भी देखें

 * अच्छा (यूनिक्स)
 * गैर-अवरुद्ध तुल्यकालन
 * पूर्व-खाली मल्टीटास्किंग

बाहरी संबंध

 * Description from FOLDOC
 * Citations from CiteSeer
 * IEEE Priority Inheritance Paper by Sha, Rajkumar, Lehoczky
 * Introduction to Priority Inversion by Michael Barr