竞争条件
当两个或更多独立线程同时访问同一资源时，就出现了竞争条件。竞争条件的影响多种多样，取决于具体的情况。清单1解释了一个潜在的竞争条件。函数Update_Sensor()通过调用get_raw()来读取传感器的原始数据。在处理过程中，该数据被乘上一个定标因子，并加上一个偏移量。处理是在该数据的一个临时副本上进行的，然后，该临时副本被写入共享变量。
如果在数据写入之前，使用shared_sensor的另一个线程或ISR先占(preempt)了这个线程，它将得到原来的传感器读数。使用临时副本可以防止先占线程读取只经过部分处理的数据。不过，如果这些代码在一个数据总线不足32位的处理器上运行，就会存在竞争条件。
在一个8位或16位的处理器上，向shared_sensor的写入操作 并不是一次性完成的。在8位处理器上，写入32位浮点值可能需要四条指令，在16位处理器上可能需要两条指令。如果在对shared_sensor进行连续写入中途Update_Sensor()被先占，则先占线程将从由一部分老数据和一部分新数据组成的shared_sensor 读取一个数值。根据应用的具体情况，这有可能造成严重的后果。解决的办法是锁定调度程序，或在更新共享变量期间禁止中断。
消除竞争条件通常很简单，但找出隐藏在代码中的竞争条件则需要仔细的分析。
对于由一个 循环 程序和不同ISR组成的简单系统，分析竞争条件很简单，只需检查每个ISR并识别它引用的所有共享变量。共享变量通常是这些系统中的全局数据，一旦这些共享变量被找出来之后，就可以检查它们在代码中的各次使用情况。每次访问都必须按需要进行保护，以避免潜在的冲突。在简单设计中，一般通过在关键代码段周围禁止中断来实现保护。遵守下列规则可帮助避免竞争问题：
* 如果一个ISR对共享数据进行写入，则该ISR之外的每次可中断的读操作都必须予以保护。
* 如果一个ISR对共享数据进行写入，则该ISR之外的任何读－修－写操作都必须予以保护。
* 如果一个ISR读取共享数据，则对该数据的可中断写操作必须予以保护。
* 如果一个ISR和其它代码都要检查一个硬件状态标志，以便在使用某资源之前确定其可用性，如：
if (!resource_busy)
{
// Use resource
}
则从检查标志之时开始，到硬件设置标志表示资源不可用为止，必须采取保护措施。
对于使用了优先级不同的多个线程的更为复杂的系统，其分析也非常相似。上述规则仍然适用于ISR使用的所有数据。此外，还必须识别出每个线程使用的共享数据。首先从系统中优先级最高的线程开始，找出它与任何优先级较低的线程共享的所有数据，然后按照上述四条规则进行保护。对于软件使用的其它每个优先级，再重复这一过程。
注意，如果系统采用了一种循环调度算法，则特定优先级内的所有线程可在任意时刻相互先占。这意味着前述四条分析规则在考虑较低优先级的线程之外，还必须考虑同一优先级的所有线程。
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多线程系统通常使用某种类型的操作系统，它能够提供多种保护选择。可以使用互斥或信号量，或者锁定调度器。有时也可使用其它进程间通信(IPC)基本技术：通过向消息队列发送消息(而非修改共享变量)来表示数据已经改变。在许多情况下，最好由单一线程来管理共享资源，它负责处理所有的读写请求，并在内部防止访问冲突。
在复杂的代码中辨认潜在的竞争条件可能是一项乏味而又耗时的工作。相应的辅助工具从用来识别全局数据访问的简单脚本到先进的动态分析程序如PolysPACe Verifier。虽然比较困难，但详尽的代码分析是识别这类错误的唯一途径。测试不大可能能够建立重复触发竞争条件所需的精确时序序列。
在共享资源的系统中，防止访问冲突极为重要，但这有可能导致另一个问题：死锁。当通过"锁定"一个资源来防止任何其它线程访问这个资源，以避免竞争条件时，必须对设计进行评估，确保绝对不会发生死锁。死锁测试通常没有什么效果，因为只有某种特定顺序的资源锁定才可能产生死锁，而一般的测试不大可能导致这种顺序。
死锁只不过是多线程环境中一个锁定资源的问题。以下四个条件必须同时具备，才会发生死锁。防止其中任何一个条件出现都可以排除死锁的可能性：
* 相互排除---每次只有一个线程可以使用某个锁定的资源；
* 非先占---其它线程不能强迫另一个线程释放资源；
* 保持并等待---线程在等待需要的其它任何资源时，保持它们已经锁定的资源；
* 循环 等待---存在一个线程循环链，其中每个线程保持链中下一个线程所需要的资源。
图1中的资源分配图是死锁问题的一个例子。线程1首先锁定Buf资源，在保持Buf时，指向Bus，然后是Mux。如果线程1一直运行到结束，它最终将释放所有这些资源。线程2运行时，必须指向Bus、Sem，最后是Mux。线程3运行时，需要Sem和Buf。
图1资源分配死锁图
在这个设计实例中，无法保证任何一个线程能够在另一个线程开始执行之前结束。如果一个线程不能得到需要的某个资源，它将挂起执行(阻塞)，直到该资源有效为止。在系统运行过程中，各线程都将对资源进行锁定或解锁。由于各线程运行和指向其资源的相对时序各不相同，有可能出现由于各个线程正在等待被其它线程保持的资源，导致所有线程都无法运行的情况。例如，如果线程1保持Buf，线程2保持Bus，而线程3已经取得了Sem，则系统将发生死锁。因为按照从Buf到Bus到Sem，再回到Buf的线程分配箭头，循环等待条件得到了满足。
潜在死锁问题识别出来之后，通常很容易进行修复。在图2中，对线程3进行了修改，使其在得到Sem之前首先设法指向Buf。这样，循环等待的条件就被打破了，系统将不会再受到死锁的影响。
图2 资源分配死锁图
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一些操作系统过多地使用消息传递来进行线程间通信和同步。在这些类型的系统中，当某线程向另一个线程传递消息时，发送线程将阻塞，直到从接收线程收到响应为止。接收线程通常将一直阻塞到从其它某个线程接收到一个消息为止。这些结构中也会发生死锁。为了给一个基于消息的操作系统建立一张资源分配图，我们利用消息通道来模拟分配的资源。图3是一个例子。线程2建立了通道T2 Ch，当它未因为等待
这个通道上的一个消息而阻塞时，线程2就将"锁定"这个通道。当它阻塞并等待一个消息时，另一个线程可在这个通道上向它发送一个消息，并且这个消息将立即被接收到。
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