【Linux】进程优先级

简介: 【Linux】进程优先级

🌎进程的优先级




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。

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