前言

本文主要介紹了進(jìn)程的優(yōu)先級及其調(diào)度算法：

一、進(jìn)程優(yōu)先級

我們計算機里面一般只有一個cpu用來處理進(jìn)程數(shù)據(jù)，所以對于進(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)先級就是這種指標(biāo)，它用來決定一個進(jìn)程能夠優(yōu)先獲得CPU時間、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?到指定的CPU上，這樣?來，把不重要的進(jìn)程安排到某個CPU，可能會改善系統(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 命令則會類似輸出以下?個內(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?個重要信息，有下：

• UID : 代表執(zhí)?者的?份
• PID : 代表這個進(jìn)程的代號
• PPID ：代表這個進(jìn)程是由哪個進(jìn)程發(fā)展衍??來的，亦即?進(jìn)程的代號
• PRI ：代表這個進(jìn)程可被執(zhí)?的優(yōu)先級，其值越?越早被執(zhí)?默認(rèn)為80
• NI ：代表這個進(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，或者通俗點說就是程序被CPU執(zhí)?的先后順序，此值越?進(jìn)程的優(yōu)先級別越?

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

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

這樣，當(dāng)nice值為負(fù)值的時候，那么該程序?qū)?yōu)先級值將變?，即其優(yōu)先級會變?，則其越快被執(zhí)?

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

nice其取值范圍是-20?19，?共40個級別。（當(dāng)我們調(diào)整的nice值超過這個區(qū)間的時候，會以區(qū)間里面的最低或最高值作為nice值）

需要強調(diào)?點的是，進(jìn)程的nice值不是進(jìn)程的優(yōu)先級，他們不是?個概念，但是進(jìn)程nice值會影響到進(jìn)程的優(yōu)先級變化?？梢岳斫鈔ice值是進(jìn)程優(yōu)先級的修正數(shù)據(jù)

1.4 調(diào)整優(yōu)先級

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

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命令用于在啟動一個新進(jìn)程時指定其優(yōu)先級，即進(jìn)程的“nice值”。Nice值是一個整數(shù)，范圍從-20（最高優(yōu)先級）到19（最低優(yōu)先級），默認(rèn)情況下，大多數(shù)進(jìn)程的nice值為0。

語法：

• nice [選項] [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)運行的進(jìn)程的優(yōu)先級。

語法：

• renice [選項] 優(yōu)先級 進(jìn)程ID

選項：

• -n：指定要改變的優(yōu)先級值，取值范圍為-20到19。
• -g：指定要調(diào)整優(yōu)先級的進(jìn)程組ID。
• -u：指定要調(diào)整優(yōu)先級的用戶名。
• -p：指定要調(diào)整優(yōu)先級的進(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 補充概念

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

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

并?: 多個進(jìn)程在多個CPU下分別，同時進(jìn)?運?，這稱之為并?

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

2.2 進(jìn)程的運行和切換步驟（重要）

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

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

切換步驟：

• 一個時間片結(jié)束的進(jìn)程但是還沒被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
• 此時進(jìn)程內(nèi)臨時運行的數(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）會被保存下來（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里面會定義一個或多個變量或指針來存儲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)）會被保存到某個指定的地方
• 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)程可以重新鏈入運行隊列
• 當(dāng)恢復(fù)到這個進(jìn)程的時候，就會把前一次本進(jìn)程被中止時的中間數(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)度隊列（重要）

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

一個cpu一個運行隊列

其中queue的類型為struct task_struct隊列中的[0-99]為實時優(yōu)先級我們不做考慮，而[100-139]則是我們進(jìn)程的優(yōu)先級序列。

2.1 基本過程

在Linux2.6內(nèi)核中，每個CPU都擁有一個獨立的運行隊列（run_queue）。

運行隊列用于管理和調(diào)度該CPU上的所有可運行進(jìn)程。

task_struct結(jié)構(gòu)體：

• 在Linux內(nèi)核中，每個進(jìn)程都有一個對應(yīng)的task_struct結(jié)構(gòu)體，用于存儲該進(jìn)程的所有信息。
• 它會被鏈入運行隊列中，在運行隊列中，task_struct結(jié)構(gòu)體通過指針數(shù)組來維護(hù)不同優(yōu)先級的進(jìn)程隊列。
• 其下的run 對應(yīng)上面active ，wait對應(yīng)expired ，running對應(yīng)活躍進(jìn)程，waiting對應(yīng)過期進(jìn)程

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

除此之外我們在running下設(shè)計了個waiting，這么做的目的是

當(dāng)我們遍歷這個指針數(shù)組的時候，可能會有新的task_struct插入進(jìn)來，或者一個進(jìn)程時間片結(jié)束后進(jìn)程還沒被cpu處理完，那么此時就會進(jìn)入到waiting里面，當(dāng)running這個指針數(shù)組遍歷完的時候，利用位圖（bitmap）判斷指針數(shù)據(jù)這個隊列是否為空，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)

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

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