【Linux】进程优先级

前言：

  进程优先级是操作系统中的一个重要概念，它直接影响着进程的调度顺序和执行权。了解进程优先级对于理解和优化系统的性能至关重要。那么话不多说，开启我们今天的话题！

🚀优先级相关

✈️什么是优先级

  在日常生活中，我们有很多排队的场景，公路上等红灯，在医院挂号，或者是在食堂吃饭等等，但是我们在公路上救护车可以无视红灯，医院里急诊病人可以优先挂号，以及食堂里老师肆意的插队…

  这些需要排队的事物，就可以看作进程，而像救护车，急诊病人，以及食堂的老师等等，这些都是具有优先权的象征，为什么要有优先权呢？一定是有更重要的事情去做。

  所以我们就知道优先级是什么？进程要访问某种资源，进程通过一定的方式（排队），确认享受资源的先后顺序。

  相信细心的你也发现了，优先级不就是我们前面学习的权限吗？其实优先级和权限是有区别的：权限决定的是能不能的问题，而优先级是决定先后顺序的问题。

✈️为什么要有优先级

  如果我们食堂的窗口远大于人数，如果我们自习室里的座位非常多，人却非常少，我们是不需要排队的，也就是说，当资源充足的时候，我们并不需要排队。

  所以，优先级产生的本质是因为资源相对比较少！

✈️进程的优先级

  为了更直观的看到优先级，我们可以执行下面的代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	while(1)
	{
		printf("this is a process, pid=%d\n", getpid());
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

  我们让改程序跑起来变为进程，我们使用如下命令查看 进程属性：

ps -la#显示当前用户的所有进程

  我们看到，横着的蓝色框是我们启动的进程，竖着的蓝色框有一栏叫做 PRI 的数值，其实 PRI 就是 priority ，优先权的意思。

  竖着蓝框里是优先级，而优先级具有数值，那么就一定是 task_struct 里的一个属性：

struct task_struct
{
	int PRI;//优先级
	//...
}

  而我们运行自己写的程序，查询改进程的权限为80，这也就说明 Linux下进程的优先级本质就是数字。

  其实Linux下优先级是可以被修改的，修改范围为 [60, 99] 这40范围内，且 进程的默认权限值是80。而优先级 数字越小，表示该进程的 优先级越高！

🚀调整进程优先级

✈️调整优先级

  我们清楚了进程的优先级是什么，以及为什么，接下来我们看一下到底该怎么做？

  运行上面的程序，打印出进程的pid，使用 top 命令进入到 Linux任务管理器：

top#进入任务管理器

  打开top进入到任务管理器之后，输入 ‘r’ ，进入 修改进程权限的操作，再 输入进程标识符：

  接着就会有文字提示：

  再输入要修改的值即可，比如，这里我输入10：

  这个时候再使用ps查看，就会发现进程的PRI这一项变为了90，但是我们发现，不仅仅是PRI这一栏变了，还有一栏叫做 NI 的值也变了，而且还刚刚好是我们输入的数值！

  其实，Linux系统支持用户调整优先级，但并 不是让用户直接修改 pri 值，而是修改 nice 值。而 nice 值 不是 优先级，而是 优先级的 修正数据。

所以真正的优先级应该是：pri = pri(old) + nice ;（old指老的优先级）

  所以我们刚刚 修改的并不是优先级，而是nice值。

✈️优先级极限测试

  但是果真如此吗？进程的优先级真的只能在[60,99]这个范围呢移动吗？如果不相信，我们可以来做一下极值测试：

  我们将程序的进程值调到 尽可能的大：

  nice值变为19，pri变为99，就是我们给出的最大范围。

  如果我们把nice值设置为-10：

  我们发现，进程的pri变为了70，但是我们刚才不是刚把进程的优先级调至为99吗？

  其实这是因为：pri(old)，是指老的优先级，这个优先级永远是80！ 所以再次调整时，还是从80开始变化。

  我们把nice值设置为极小：

  进程的pri果然为60，所以nice值的范围就是 [-20, 19] 。

  可能你会有疑问，为什么要给进程优先级加上限制范围呢？

如果不加限制，把自己的优先级调整的非常高，别人的优先级非常低，又因为OS是根据进程的pri来执行先后顺序的，这样做可能就会打乱操作系统执行顺序。   这样常规进程就很难分配到资源，是不是有点 “兴，百姓苦，亡，百姓苦” 的感觉了，其实这就是一种 进程饥饿 的问题。

  为了尽量避免进程饥饿的问题，现在的任何分时操作系统，都是较为公平的进行调度。

🚀Linux的调度与切换

  Linux调度切换是学习Linux系统编程重要知识，我们提前了解一下：

  我们之前说过，CPU并不会把一个进程全部执行完才切换下一个进程，而是 基于时间片进行轮转执行的。而关于进程的调度与切换，有以下几个相关特性：

• 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，便有了优先级。

  这里前面谈过了，为了避免竞争饥饿问题，操作系统会合理的给进程分配各种资源。

• 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。

  进程的独立性是学习Linux系统编程特别重要的一个知识，多个进程在系统里同时运行，但是他们互不干扰，一个进程挂了不会影响另外的进程，就算是父子进程也是如此。

• 并行：多个进程在多个CPU下分别同时运行，称为并行。

  如果一台电脑有多个CPU，并且每个CPU下有对应数量的进程分别同时运行，那么就称之为并行。

• 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，称为并发。

  并发与并行不同，我们大部分人的电脑其实只有一个CPU，而进程通常会有多个，为了考虑资源分配等问题，每个进程都有自己的时间片，时间片用完就切换下一个进程，自己则重新排队，等待再次调度。   虽然每次CPU执行任务只执行很少的时间片，但是对于我们人类来说并看不出来进程是在不断切换的。多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，一段时间内让多个进程都能推进任务，称之为并发。

📒✏️总结

•  在操作系统中，资源总是少数，所以进程需要使用排队的方式，来获取资源，而有些重要的进程优先级较高，可以插队。
•  进程的优先级是可调整的，调整范围为：[60, 99]，实际上我们调整的是进程的nice值，nice值的范围是[-20, 19]。
•  进程的调度和切换是操作系统中重要的概念，其中 竞争、独立、并发、并行 这些概念比较常见。   如果这篇文章对你有帮助的话，还望留下一个小小的赞呀~~