【Linux系统编程】进程优先级，进程切换与进程调度

一，进程优先级

所谓的进程优先级，就是指进程得到CPU资源的先后顺序。

查看优先级的命令：ps -al | head -1 && ps -al | grep 进程名

• 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

PRI：进程的优先级，默认是80

NI：进程优先级的修正数据，nice值，默认是0

一个进程真实的优先级（最终的PRI）=PRI（默认值80）+NI。 修改一个进程优先级的令：nice命令和renice命令。 系统函数： #include <sys/time.h> #include <sys/resource.h> int getpriority(int which, int who); int setpriority(int which, int who, int prio);

nice值得取值范围：[-20，19]，而默认优先级（PRI）是80，所以进程优先级的范围就是[60，99]

优先级如果设置不合理，就会导致优先级低的进程，长时间得不到CPU资源，进而导致进程饥饿。

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。

二，进程切换

进程切换，最核心的就是保存和恢复当前进程的硬件上下文数据（CPU寄存器中的内容）。

进程的上下文数据会保存到task_struct中，实际上是存储在一个叫任务状态对象TSS结构中，我们通过task_struct可以找到这个结构体对象。

时间片：当代计算机都是分时操作系统，每个进程都有它合适的时间片(其实就是⼀个计数器)。时间片到达，进程就被操作系统从CPU中剥离下来。

三，进程调度

一个CPU拥有一个runqueue。

普通优先级：100～139（nice值的取值范围，可与之对应！）

实时优先级：0～99（不关心）

活动队列

时间⽚还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列

• nr_active: 总共有多少个运⾏状态的进程

• queue[140]: ⼀个元素就是⼀个进程队列，相同优先级的进程按照FIFO规则进⾏排队调度,所以，

数组下标就是优先级！

• 从该结构中，选择⼀个最合适的进程，过程是怎么的呢？

1. 从0下表开始遍历queue[140]

2. 找到第⼀个⾮空队列，该队列必定为优先级最⾼的队列

3. 拿到选中队列的第⼀个进程，开始运行，调度完成！

4. 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！

• bitmap[5]:一共140个优先级，一共140个进程队列，为了提高查找非空队列的效率，就可以用5*32个比特位表示队列是否为空，这样，便可以大大提高查找效率！

过期队列

过期队列和活动队列结构一模一样。

过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程。

当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进行时间片重新计算。

active指针和expired指针

active指针永远指向活动队列。

expired指针永远指向过期队列。

可是活动队列上的进程会越来越少，过期队列上的进程会越来越多，因为进程时间片到期是一直都存在的。

没关系，在合适的时候，只要能够交换active指针和expired指针的内容，就相当于有具有了一批新的活动进程。

在系统当中查找一个最合适调度的进程的时间复杂度是一个常数，不随着进程增多而导致时间成本增加，我们称之为进程调度O(1)算法！