Linux进程优先级

1. 基本概念

cpu 资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（ priority ）。

优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的 linux 很有用，可以改善系统性能。还可以把进程运行到指定的CPU 上，这样一来，把不重要的进程安排到某个 CPU ，可以大大改善系统整体性能。

2. 查看系统进程

在 linux 或者 unix 系统中，用 ps –l 命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

UID : 代表执行者的身份

PID : 代表这个进程的代号

PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号

PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行

NI ：代表这个进程的 nice 值

3. PRI and NI

PRI（priority） 也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被 CPU 执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高.

那 NI 呢 ? 就是我们所要说的 nice 值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值,PRI值越小越快被执行，那么加入 nice 值后，将会使得 PRI 变为：PRI(new)=PRI(old)+nice，其中PRI(old)为优先级的默认值80.这样，当nice 值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行 ,所以，调整进程优先级，在Linux 下，就是调整进程 nice值 ,但Linux的调度器设计者并不想让用户过多的参与优先级的调整,所以n ice其取值范围是-20 至 19 ，一共 40个级别,所以优先级的取值范围为[60,99] 40个级别。

4. top调整优先级

我们有一个test程序，运行起来后输入指令ps -al 来查看其原始PRI值为80

而后输入指令top进入资源管理器，并输入 r 表示想要改变某个进程的优先级

之后输入要修改的nice值，如-20即可，最后输入 q 退出top资源管理器

再次输入指令ps -al 来查看其PRI值变为60，NI值为-20

其他概念

1. 竞争性 : 系统进程数目众多，而 CPU 资源只有少量，甚至 1 个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级

2. 独立性 : 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰

3. 并行 : 多个进程在多个 CPU 下分别，同时进行运行，这称之为并行

4. 并发 : 多个进程在一个 CPU 下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发

5. 进程调度队列

在CPU中，存在大量的寄存器，比如：

eax/ebx/ecx/edx：用于存储临时数据，比如函数返回值
eds/ecs/fg/gs：段寄存器，区分代码与数据
eip：也就是pc指针，指明当前代码执行到那个位置
浮点数寄存器：浮点数运算
ebp/esp：构建栈区

程序在运行的时候，会存储大量的数据，比如当前执行到哪一行代码，上一个语句运算的结果是什么，函数调用到第几层了，等等。这些数据都存储在CPU的寄存器中。CPU中存储的所有临时数据，叫做硬件上下文。当一个进程从CPU中离开，会把所有的硬件上下文都拷贝走，存储在PCB中，这个过程叫做保护上下文。而当一个进程被再次调度的时候，又会把自己的数据写入CPU中，覆盖原始的寄存器中的数据，这个过程叫做恢复上下文。

其中nr_active表示当前run_queue总共含有几个进程

queue[140]就是运行队列的主体，我们将其划分为两个区间[0, 99]这段区间暂不讲解，[100, 139]这个区间用于放正在排队的进程的PCB.这个区间刚好有40个元素，而我们的优先级也刚好有40个，也就是说一个优先级的进程对应一个下标。其实这个数组本质是一个指针数组，类型是task_struct*，即指向PCB类型的指针，每个指针指向一个链表，链表内存储着所有该优先级的进程的PCB。当运行队列调度进程的时候，从下标100开始，也就是从高优先级开始调度，然后遍历这个链表，把高优先级的链表执行完，再去执行下一个优先级的链表的进程。

bitmap[5]是一个五个元素的int数组，其是一个位图，一个int有32字节，5×32=160，比140大一些。其用一个位图来表示某个下标对应链表有没有进程，有就是1，没有就是0。此时就可以通过遍历位图，来快速判断一个queue的某个下标位置有没有进程，进而得出要不要去遍历该下标的链表。

其实run_queue中有两个运行队列，在上图中你会发现，这是两个相同的队列，一个叫做活跃进程队列，一个叫做过期进程队列。active指针指向的队列就是活跃进程队列，expired的指针指向的队列就是过期进程队列.

假设现在CPU正在执行下标为110的链表的进程，也就是优先级为70的进程，此时刚好又有很多优先级为70的进程进来了，结果CPU一直在执行这个优先级的进程。最后70优先级以后的进程，一直拿不到CPU资源，导致进程饥饿问题。为了解决该问题，run_queue就设计了两个运行队列，CPU只执行活跃进程队列中的进程，而新来的进程进入过期队列，此时新来的进程就不会影响正在执行的进程。

当CPU把活跃进程队列的进程执行完后，此时expired与active指针进行交换，那么活跃进程与过期进程就交换了，此时CPU就去执行新的活跃进程队列。这样的两个队列轮流执行，一个负责执行，一个负责接受新进程的结构.