[操作系统] 进程的优先级

进程优先级是什么？

在操作系统中，进程优先级（Priority，简称 PRI）是用于决定进程执行顺序的关键参数。系统将根据进程的优先级来安排 CPU 资源的分配。优先级高的进程将会获得更多的执行时间，优先级低的进程则会等待更长的时间才能获得 CPU 执行。

为什么需要进程优先级？

目标资源紧缺，CPU资源需要分配，通过优先级可以确定谁先谁后的问题。

进程优先级需要怎么实现？

优先级的大小

通常来说，优先级数值越小，进程的优先级越高，也就是越早被 CPU 执行。反之，优先级数值越大，进程的优先级越低，执行的机会也相对较少。作为int，被存放在task_struct中。

进程的优先级和 Nice 值

进程真正的优先级 = PRI（默认）+ Ni

除了进程的基本优先级，Linux 系统还引入了一个叫做 nice 值 的概念，它是用来调整进程优先级的修正值。

• PRI（Priority）：表示进程的优先级，数值越小，优先级越高，意味着进程会更早被执行。
• NI（Nice）：表示进程的 nice 值，它用来修正进程的优先级。nice 值的范围是从 -20 到 19，表示进程的优先级可以根据该值进行调整。

PRI（新）= PRI（旧）+ Nice

• 当 nice 值为负值时，进程的优先级会提升（PRI 值变小），意味着该进程会优先获得 CPU 执行。
• 当 nice 值为正值时，进程的优先级会下降（PRI 值变大），使得该进程会被延迟执行。

如何查看进程的优先级？

在 Linux 系统中，我们可以使用 ps 命令来查看进程的优先级。以下是常见的查看进程优先级的命令和输出：

ps -l

该命令会显示一个类似以下的输出，其中包括：

• UID：执行该进程的用户 ID。
• PID：进程的进程号。
• PPID：父进程 ID。
• PRI：进程的优先级（Priority）。
• NI：进程的 nice 值。

例如，输出如下所示：

F S   UID   PID  PPID  PRI   NI ADDR     SZ   WCHAN  TTY  TIME   CMD
0 S  1000  2510  21391  20   0  1054  hrtime   pts /0 00:00:00   myprocess

通过 ps -l 命令，我们可以清晰地看到进程的优先级（PRI）和 nice 值（NI），这些信息有助于我们了解进程的执行顺序。

如何调整进程的优先级？

调整进程的优先级主要通过 nice 和 renice 命令实现：

• nice：用来启动一个新的进程并设置其 nice 值。
• renice：用来调整已存在进程的 nice 值。

例如，使用 nice 启动一个新的进程并设置优先级：

nice -n -10 command

这会启动一个进程，并将其 nice 值设置为 -10，从而提高其优先级。

而使用 renice 调整一个正在运行的进程的 nice 值：

renice -n 10 -p 2510

这会将进程号为 2510 的进程的 nice 值调整为 10，从而降低其优先级。

使用 top 命令调整进程的优先级

除了 nice 和 renice 命令外，您还可以使用 top 命令实时查看进程并调整其优先级：

1. 进入 top 命令界面。
2. 按 r 键选择要调整的进程。
3. 输入进程的 PID 和新的 nice 值。

通过这种方式，您可以在 top 界面中动态调整进程的优先级。

优先级极值问题

范围：

通过指令查询可知，进程默认的优先级为80，通过调整NI尝试确定优先级的范围可发现，NI最小可以设置为-20，最大可以设置为19，也就是**nice:[-20, 19]**。

极值：

由于进程优先级默认是80，且**nice:[-20, 19]**，所以进程优先级的极值就是60和99.

Linux优先级范围：[60, 99]。

基于时间片的分时操作系统，考虑公平性，优先级可能变化，但是变化程度不能太大。如果优先级设置不合理，会导致优先级低的进长时间得不到CPU资源的分配，进而导致进程饥饿。

补充概念

1. 当用户访问文件的时候系统要如何分辨进入的是拥有者、所属组还是other？

使用以下指令即可查看文件相关信息：

ls -la

图中所示的1002就是UID，每个用户都有对应的UID。

Linux访问任何资源都是通过进程访问，即使是对文件进行操作也是通过Bash然后使用指令创建Bash的子进程来完成操作，所以当对当前文件进行操作的时候会通过确认进程的UID来辨认是拥有者、所属组还是other。

1. 进程之间的关系和调度逻辑

在多进程操作系统中，进程之间通常是有竞争关系的，因为 CPU 资源有限，多个进程可能需要共享这些资源。进程的优先级设置就是为了合理分配这些资源，从而提高系统的整体性能。

• 竞争性：多个进程之间争夺 CPU 资源。
• 独立性：每个进程有自己的资源，不会干扰其他进程。
• 并行：多个进程在多个 CPU 上并行执行。
• 并发：多个进程在一个 CPU 上切换执行，使得它们看似同时运行。通过时间片来进行分配执行，后文会详细讲解分时操作系统的调度。

总结

Linux 中的进程优先级和 nice 值是系统调度和资源管理的核心组成部分。通过合理设置进程的优先级和 nice 值，可以有效提高系统性能，确保重要任务优先执行，而不重要的任务则被适当延迟。

希望通过本文的介绍，您对 Linux 中进程优先级的概念和操作有了更深入的了解。如果有任何问题或建议，欢迎在评论区留言讨论！