前言

本文主要介紹了進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)及其調(diào)度算法：

一、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)

我們計(jì)算機(jī)里面一般只有一個(gè)cpu用來(lái)處理進(jìn)程數(shù)據(jù)，所以對(duì)于進(jìn)程獲得CPU的使用權(quán)需要一種重要調(diào)度指標(biāo)，而進(jìn)程優(yōu)先級(jí)就是這種指標(biāo)，它用來(lái)決定一個(gè)進(jìn)程能夠優(yōu)先獲得CPU時(shí)間、內(nèi)存等系統(tǒng)資源。

1.1 基本概念

• cpu資源分配的先后順序，就是指進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)（priority）。
• 優(yōu)先權(quán)?的進(jìn)程有優(yōu)先執(zhí)?權(quán)利。配置進(jìn)程優(yōu)先權(quán)對(duì)多任務(wù)環(huán)境的linux很有?，可以改善系統(tǒng)性能。
• 還可以把進(jìn)程運(yùn)?到指定的CPU上，這樣?來(lái)，把不重要的進(jìn)程安排到某個(gè)CPU，可能會(huì)改善系統(tǒng)整體性能。

1.2 查看系統(tǒng)進(jìn)程

在linux或者unix系統(tǒng)中，?ps ?l 命令則會(huì)類似輸出以下?個(gè)內(nèi)容：

• ps -l命令用于顯示當(dāng)前終端上的所有進(jìn)程的詳細(xì)信息。
• ps -al命令則更加全面，它顯示了系統(tǒng)中所有用戶的所有進(jìn)程（包括其他用戶的進(jìn)程）的詳細(xì)信息。與ps -l相比，ps -al的輸出包含了更多進(jìn)程的信息，并且不受當(dāng)前終端的限制。

我們很容易注意到其中的?個(gè)重要信息，有下：

• UID : 代表執(zhí)?者的?份
• PID : 代表這個(gè)進(jìn)程的代號(hào)
• PPID ：代表這個(gè)進(jìn)程是由哪個(gè)進(jìn)程發(fā)展衍??來(lái)的，亦即?進(jìn)程的代號(hào)
• PRI ：代表這個(gè)進(jìn)程可被執(zhí)?的優(yōu)先級(jí)，其值越?越早被執(zhí)?默認(rèn)為80
• NI ：代表這個(gè)進(jìn)程的nice值

1.3 PRI和NI

PRI也還是?較好理解的，即進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，或者通俗點(diǎn)說(shuō)就是程序被CPU執(zhí)?的先后順序，此值越?進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)別越?

那NI呢?就是我們所要說(shuō)的nice值了，其表?進(jìn)程可被執(zhí)?的優(yōu)先級(jí)的修正數(shù)值

PRI值越?越快被執(zhí)?，那么加?nice值后，將會(huì)使得PRI變?yōu)椋篜RI(new)=PRI(oldest)+nice(這意味著我們修改進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的時(shí)候，無(wú)論中間的PRI怎么改變，都會(huì)會(huì)以最開始的PRI值作為基準(zhǔn)值去改變)

這樣，當(dāng)nice值為負(fù)值的時(shí)候，那么該程序?qū)?huì)優(yōu)先級(jí)值將變?，即其優(yōu)先級(jí)會(huì)變?，則其越快被執(zhí)?

所以，調(diào)整進(jìn)程優(yōu)先級(jí)，在Linux下，就是調(diào)整進(jìn)程nice值

nice其取值范圍是-20?19，?共40個(gè)級(jí)別。（當(dāng)我們調(diào)整的nice值超過(guò)這個(gè)區(qū)間的時(shí)候，會(huì)以區(qū)間里面的最低或最高值作為nice值）

需要強(qiáng)調(diào)?點(diǎn)的是，進(jìn)程的nice值不是進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，他們不是?個(gè)概念，但是進(jìn)程nice值會(huì)影響到進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)變化?？梢岳斫鈔ice值是進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的修正數(shù)據(jù)

1.4 調(diào)整優(yōu)先級(jí)

雖然一般情況下我們是不需要調(diào)整優(yōu)先級(jí)的，不過(guò)我們?nèi)匀恍枰私馊绾握{(diào)整優(yōu)先級(jí)。

使用下面的命令都需要管理者的身份。

1.4.1 top命令

top命令更改已存在進(jìn)程的nice：

• top
• 進(jìn)?top后按“r”?>輸?進(jìn)程PID?>輸?nice值
• 按”q“退出，及修改完成

1.4.2 nice命令

nice命令用于在啟動(dòng)一個(gè)新進(jìn)程時(shí)指定其優(yōu)先級(jí)，即進(jìn)程的“nice值”。Nice值是一個(gè)整數(shù)，范圍從-20（最高優(yōu)先級(jí)）到19（最低優(yōu)先級(jí)），默認(rèn)情況下，大多數(shù)進(jìn)程的nice值為0。

語(yǔ)法：

• nice [選項(xiàng)] [nice值] 命令 [參數(shù)]

參數(shù)：

• -n 或 --adjustment：指定nice值的增量或減量。
• -h 或 --help：顯示幫助信息。
• -V 或 --version：顯示版本信息。

1.4.3 renice命令

renice命令用于修改已經(jīng)運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。

語(yǔ)法：

• renice [選項(xiàng)] 優(yōu)先級(jí) 進(jìn)程ID

選項(xiàng)：

• -n：指定要改變的優(yōu)先級(jí)值，取值范圍為-20到19。
• -g：指定要調(diào)整優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程組ID。
• -u：指定要調(diào)整優(yōu)先級(jí)的用戶名。
• -p：指定要調(diào)整優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程ID（默認(rèn)）。
• -h 或 --help：顯示幫助信息。
• -V 或 --version：顯示版本信息。

二、進(jìn)程切換

2.1 補(bǔ)充概念

競(jìng)爭(zhēng)性:系 統(tǒng)進(jìn)程數(shù)?眾多，?CPU資源只有少量，甚?1個(gè)，所以進(jìn)程之間是具有競(jìng)爭(zhēng)屬性的。為了?效完成任務(wù)，更合理競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)資源，便具有了優(yōu)先級(jí)

獨(dú)?性: 多進(jìn)程運(yùn)?，需要獨(dú)享各種資源，多進(jìn)程運(yùn)?期間互不?擾

并?: 多個(gè)進(jìn)程在多個(gè)CPU下分別，同時(shí)進(jìn)?運(yùn)?，這稱之為并?

并發(fā): 多個(gè)進(jìn)程在?個(gè)CPU下采?進(jìn)程切換的?式，在?段時(shí)間之內(nèi)，讓多個(gè)進(jìn)程都得以推進(jìn)，稱之為并發(fā)

2.2 進(jìn)程的運(yùn)行和切換步驟（重要）

在進(jìn)程運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)有個(gè)時(shí)間片的概念，是操作系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時(shí)分配給每個(gè)進(jìn)程的一段固定時(shí)間。這么做一部分上是為了防止某個(gè)進(jìn)程卡死的情況，例如某個(gè)進(jìn)程調(diào)度的時(shí)候代碼內(nèi)部有個(gè)while（1）函數(shù)導(dǎo)致一直運(yùn)行。及時(shí)的切換到運(yùn)行隊(duì)列里其它進(jìn)程是很有必要的

時(shí)間片內(nèi)，進(jìn)程可以執(zhí)行其代碼、訪問(wèn)內(nèi)存和進(jìn)行輸入輸出操作。當(dāng)進(jìn)程的時(shí)間片用完時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)暫停該進(jìn)程的執(zhí)行，并將其保存到某種狀態(tài)（通常是通過(guò)進(jìn)程控制塊PCB），然后切換到另一個(gè)進(jìn)程的時(shí)間片。

切換步驟：

• 一個(gè)時(shí)間片結(jié)束的進(jìn)程但是還沒(méi)被cpu執(zhí)行完其內(nèi)部的所有代碼數(shù)據(jù)，從cpu內(nèi)被剝離下來(lái)
• 此時(shí)進(jìn)程內(nèi)臨時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)（比如執(zhí)行到代碼的哪一行了，其中變量的一些數(shù)據(jù)等）會(huì)被保存下來(lái)（通常是保存到進(jìn)程的私有堆棧，也就是保存在task_struct本身，及task_struct里面會(huì)定義一個(gè)或多個(gè)變量或指針來(lái)存儲(chǔ)自己寄存器里面的信息），及cpu內(nèi)寄存器里面的內(nèi)容（當(dāng)前進(jìn)程的上下文數(shù)據(jù)）會(huì)被保存到某個(gè)指定的地方
• 這樣子寄存器就可以處理新的進(jìn)程的數(shù)據(jù)了，而舊的進(jìn)程可以重新鏈入運(yùn)行隊(duì)列
• 當(dāng)恢復(fù)到這個(gè)進(jìn)程的時(shí)候，就會(huì)把前一次本進(jìn)程被中止時(shí)的中間數(shù)據(jù)再恢復(fù)到cpu寄存器里面去

二、Linux2.6內(nèi)核進(jìn)程O(1)調(diào)度隊(duì)列（重要）

操作系統(tǒng)是如何根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)開展的調(diào)度呢？ 

一個(gè)cpu一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列

其中queue的類型為struct task_struct隊(duì)列中的[0-99]為實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)我們不做考慮，而[100-139]則是我們進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)序列。

2.1 基本過(guò)程

在Linux2.6內(nèi)核中，每個(gè)CPU都擁有一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行隊(duì)列（run_queue）。

運(yùn)行隊(duì)列用于管理和調(diào)度該CPU上的所有可運(yùn)行進(jìn)程。

task_struct結(jié)構(gòu)體：

• 在Linux內(nèi)核中，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的task_struct結(jié)構(gòu)體，用于存儲(chǔ)該進(jìn)程的所有信息。
• 它會(huì)被鏈入運(yùn)行隊(duì)列中，在運(yùn)行隊(duì)列中，task_struct結(jié)構(gòu)體通過(guò)指針數(shù)組來(lái)維護(hù)不同優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程隊(duì)列。
• 其下的run 對(duì)應(yīng)上面active ，wait對(duì)應(yīng)expired ，running對(duì)應(yīng)活躍進(jìn)程，waiting對(duì)應(yīng)過(guò)期進(jìn)程

這是一個(gè)類似哈希鏈地址法的指針數(shù)組，遍歷這個(gè)指針數(shù)組從上到下，從左到右就完成了對(duì)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)的調(diào)度?。?！

除此之外我們?cè)趓unning下設(shè)計(jì)了個(gè)waiting，這么做的目的是

當(dāng)我們遍歷這個(gè)指針數(shù)組的時(shí)候，可能會(huì)有新的task_struct插入進(jìn)來(lái)，或者一個(gè)進(jìn)程時(shí)間片結(jié)束后進(jìn)程還沒(méi)被cpu處理完，那么此時(shí)就會(huì)進(jìn)入到waiting里面，當(dāng)running這個(gè)指針數(shù)組遍歷完的時(shí)候，利用位圖（bitmap）判斷指針數(shù)據(jù)這個(gè)隊(duì)列是否為空，然后只需要交換上面圖片中的run和wait兩者指向指針的地址，就能繼續(xù)調(diào)度未處理完數(shù)據(jù)或者新的task_struct了！

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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