一、进程与线程
1、进程
进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。-----------百度百科
在Linux中进程是运行中的程序的一个副本，是被载入内存的一个指令集合，使用进程ID（PID）来标记各个进程。我们可使用echo $$来查看当前程序的进程号。
[ root@vinsent ~ ]#echo $$ # 获取当前bash的进程号
3267
[ root@vinsent ~ ]#
[ root@vinsent ~ ]#pstree -p
systemd(1)─┬─NetworkManager(520)─┬─dhclient(623)
│ ├─{NetworkManager}(531)
│ └─{NetworkManager}(533)
...中间省略...
├─sshd(935)───sshd(3263)───bash(3267)───pstree(7269)
├─systemd-journal(361) ---|---
├─systemd-logind(496) # 通过pstree验证，和echo $$的结果一样
├─systemd-udevd(380)
├─tuned(920)─┬─{tuned}(1105)
│ ├─{tuned}(1109)
│ ├─{tuned}(1111)
│ └─{tuned}(1116)
└─vmtoolsd(495)
[ root@vinsent ~ ]#
进程得到的权限，是对应之执行者的权限，除了SUID、SGID等权限。
进程是动态概念，有生命周期；可附加SUI、SGID等权限。
进程号随机分配（ 进程号唯一标识一个进程；一个inode唯一标识一个磁盘文件 ）。
在 CentOS 6 及之前的系统中第一个进程为：init；CentOS 7 中第一个进程为：systemd。
2、守护进程
守护进程(daemon)是一类在后台运行的特殊进程，用于执行特定的系统任务。很多守护进程在系统引导的时候启动，并且一直运行直到系统关闭。另一些只在需要的时候才启动，完成任务后就自动结束。用户使守护进程独立于所有终端是因为，在守护进程从一个终端启动的情况下，这同一个终端可能被其他的用户使用。守护进程没有控制终端，因此当某些情况发生时，不管是一般的报告性信息，还是需由管理员处理的紧急信息，都需要以某种方式输出。Syslog 函数就是输出这些信息的标准方法，它把信息发送给 syslogd 守护进程。例如我们用来监控某些非独立服务的程序xinetd，他就是一个超级守护进程，用来管理系统的的非独立守护进程（瞬时守护进程），这些非独立进程通常情况是处于关闭状态，由xinetd进程来监控，如果有人使用相关的服务，则唤醒这些非独立守护进程，进行工作。我们可使用chkconfig来查看。
[root@localhost ~]# yum install xinetd # 我用的是最小化安装，自动不安装xinetd服务 [root@localhost ~]# chkconfig auditd 0:off 1:off 2:on 3:on 4:on 5:on 6:off # 独立服务 autofs 0:off 1:off 2:on 3:on 4:on 5:on 6:off blk-availability 0:off 1:on 2:on 3:on 4:on 5:on 6:off ...中间省略 xinetd based services: # 下面的服务全是非独立服务，由xinetd来代为管理 chargen-dgram: off chargen-stream: off daytime-dgram: off daytime-stream: off discard-dgram: off discard-stream: off echo-dgram: off echo-stream: off tcpmux-server: off time-dgram: off time-stream: off [root@localhost ~]# chkconfig --add crond # 添独立服务是添加不到xinetd中的
NOTE：我们每次新添加（chkconfig --add server_name）一个服务或者删除（chkconfig --del server_name）一个服务后，我们必须重启xinetd服务（service restart xinetd）。
3、线程
有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。
一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。
有线程，那么就有多线程的说法。线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。线程共享整个程序的内存资源；但是也存在一个线程出故障，影响其他线程，争夺资源。为了避免这种争夺资源的情况，系统加入了锁 fork（）机制clone（）机制。通常采用写时复制的原则：
在Linux中我们通过pstree能看到线程通常在进程树中表现为"{ thread_name }"形式。
[ root@vinsent ~ ]#yum -y install httpd &>/dev/null
[ root@vinsent ~ ]#pstree -p
systemd(1)─┬─NetworkManager(520)─┬─dhclient(623)
│ ├─{NetworkManager}(531) # NetworkManager开启的多线程
│ └─{NetworkManager}(533)
├─atd(509)
├─auditd(471)───{auditd}(482)
├─automount(929)─┬─{automount}(930)
│ ├─{automount}(931)
│ ├─{automount}(948)
│ └─{automount}(960)
├─crond(506)
├─dbus-daemon(492)───{dbus-daemon}(493)
├─firewalld(515)───{firewalld}(619)
├─httpd(7491)─┬─httpd(7494) # httpd服务开启的多个进程
│ ├─httpd(7495)
│ ├─httpd(7496)
│ ├─httpd(7497)
│ └─httpd(7498)
...后面省略...
[ root@vinsent ~ ]#
4、线程与进程的关系
一个进程可包含多个线程；
每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身；
地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。
二、进程优先级
有时我们面临着很多选择，同一时间有许多事情要办，那么我们总会有选择性的去执行，先做什么后做什么，这就是一种优先级，同样的作为一个高速运转的计算机而言，有序的优先级约定显得异常重要。
优先级（priority）是一种约定，优先级高的先做，优先级低的后做。优先级是计算机分时操作系统在处理多个作业程序时，决定各个作业程序接受系统资源的优先等级的参数。优先级是计算机操作系统给任务指定的优先等级。它决定任务在使用资源时的优先次序。给设备指定的优先等级。它决定设备在提出中断请求时，得到处理机响应的先后次序。任务调度优先级主要是指任务被调度运行时的优先级，主要与任务本身的优先级和调度算法有关。特别在实时系统中，任务调度优先级反应了一个任务重要性与紧迫性。-------百度百科
1、系统优先级
进程优先级起作用的方式从发明以来基本没有什么变化，无论是只有一个cpu的时代，还是多核cpu时代，都是通过控制进程占用cpu时间的长短来实现的。就是说在同一个调度周期中，优先级高的进程占用的时间长些，而优先级低的进程占用的短些。在Linux系统中系统优先级的范围为 0-139 共 140 及等级 ；其值越小则优先级越高 ；CentOS 6之后为 系统优先级的范围变成了0-98。
2、实时优先级与非实时优先级
实时操作系统需要保证相关的实时进程在较短的时间内响应，不会有较长的延时，并且要求最小的中断延时和进程切换延时。对于这样的需求，一般的进程调度算法，无论是O1还是CFS都是无法满足的，所以内核在设计的时候，将实时进程单独映射了100个优先级，这些优先级都要高与正常进程的优先级（nice值），而实时进程的调度算法也不同，它们采用更简单的调度算法来减少调度开销。总的来说，Linux系统中运行的进程可以分成两类实时优先级与非实时优先级。实时优先级又称动态优先级，其的范围是0-99；其值越大，优先级越高；动态优先级不能人为调整，系统自己调度。所有优先级值在0-99范围内的，都是实时进程，所以这个优先级范围也可以叫做实时进程优先级，而100-139范围内的是非实时进程。在系统中可以使用chrt命令来查看、设置一个进程的实时优先级状态。
3、静态优先级
静态优先级又称非实时优先级：通常用nice值表示；
nice值所在范围对应系统优先级的 100-139 ；其值为：-20~19；
进程默认启动时的nice值为0，优先级为120；
只有根用户才能降低nice值（提高优先性）；
nice 优先级 其值越小则优先级越高；
在几种优先级中，nice的值是我们可以手动调整的，我们可以指定以某个nice值打开某个程序；使用renice命令可以对一个正在运行的进程进行nice值的调整，我们也可以使用比如top、ps等命令查看进程的nice值，具体方法我会在下一章给大家介绍，但对于普通用户来说：renice在调整程序的优先级的时候只能将其值调低。
[ root@vinsent ~ ]#ps axo pid,cmd,pri,nice # 只显示进程进程号,进程名，pri优先级，nice值 PID CMD PRI NI 1 /usr/lib/systemd/systemd -- 19 0 ...中间省略... 4344 -bash 19 0 4381 vim switch_arry.sh 19 0 # vim进程默认的NICE值为0 4388 [kworker/0:2H] 39 -20 4416 /sbin/dhclient -d -q -sf /u 19 0 4422 ps axo pid,cmd,pri,nice 19 0 [ root@vinsent ~ ]# [ root@vinsent ~ ]#renice -n -1 4381 # 修改vim的nice值 4381 (process ID) old priority 0, new priority -1 [ root@vinsent ~ ]#ps axo pid,cmd,pri,nice PID CMD PRI NI 1 /usr/lib/systemd/systemd -- 19 0 ...中间省略... 4344 -bash 19 0 4381 vim switch_arry.sh 20 -1 # 修改了NICE 4388 [kworker/0:2H] 39 -20 4428 [kworker/0:0H] 39 -20 4429 ps axo pid,cmd,pri,nice 19 0 [ root@vinsent ~ ]#su - tom # 切换至普通用户 [ tom@vinsent root ]$renice -n -5 4602 # 调高NICE优先级，受到限制； renice: failed to set priority for 4602 (process ID): Permission denied [ tom@vinsent root ]$renice -n 5 4602 #调低NICE值成功；说明普通用户只能调低NICE优先级 4602 (process ID) old priority 0, new priority 5
需要大家注意的是，我在这里都在使用nice值这一称谓，而非优先级（priority）这个说法。当然，nice和renice的man手册中，也说的是priority这个概念，但是要强调一下，请大家真的不要混淆了系统中的这两个概念，一个是nice值，一个是priority值，他们有着千丝万缕的关系，但对于当前的Linux系统来说，它们并不是同一个概念。nice值虽然不是priority，但是它确实可以影响进程的优先级。在英语中，如果我们形容一个人nice，那一般说明这个人的人缘比较好。什么样的人人缘好？往往是谦让、有礼貌的人。比如，你跟一个nice的人一起去吃午饭，点了两个一样的饭，先上了一份后，nice的那位一般都会说："你先吃你先吃！"，这就是人缘好，这人nice！但是如果另一份上的很晚，那么这位nice的人就要饿着了。这说明什么？越nice的人抢占资源的能力就越差，而越不nice的人抢占能力就越强。这就是nice值大小的含义，nice值越低，说明进程越不nice，抢占cpu的能力就越强，优先级就越高。在原来使用O1调度的Linux上，我们还会把nice值叫做静态优先级，这也基本符合nice值的特点，就是nice值设定好了之后，除非我们用renice去改它，否则它是不变的。而priority的值在之前内核的O1调度器上表现是会变化的，所以也叫做动态优先级。
4、三种优先级的关系
系统优先级、实时优先级、nice值之间有其对应关系，其关系如下图：
三、调度算法
1、实时优先级的调度策略
在上面第二节中我们提到了一点调度算法这个概念，这一小节重点来给大家说说一些常见的系统调度算法。调度策略主要是针对实时优先级与非实时优先级而言的。我们可以通过chrt命令来查看或设置进程实时优先级的状态。
[ root@vinsent ~ ]#chrt Show or change the real-time scheduling attributes of a process. Set policy: chrt [options][ ...] chrt [options] --pid Get policy: chrt [options] -p Policy options: -b, --batch set policy to SCHED_BATCH -d, --deadline set policy to SCHED_DEADLINE -f, --fifo set policy to SCHED_FIFO -i, --idle set policy to SCHED_IDLE -o, --other set policy to SCHED_OTHER -r, --rr set policy to SCHED_RR (default) Scheduling options: -R, --reset-on-fork set SCHED_RESET_ON_FORK for FIFO or RR -T, --sched-runtime runtime parameter for DEADLINE -P, --sched-period period parameter for DEADLINE -D, --sched-deadline deadline parameter for DEADLINE ...后面省略...
从上面的Policy options选项中我们发现，系统给我们提供了6中调度策略。但是这里并没有说明的是，这五种调度策略是分别给两种进程用的，对于实时进程可以用的调度策略是：SCHED_FIFO、SCHED_RR，而对于非实时进程则是：SCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLE。系统的整体优先级策略是：如果系统中存在需要执行的实时进程，则优先执行实时进程。直到实时进程退出或者主动让出CPU时，才会调度执行非实时进程。实时进程可以指定的优先级范围为1-99，将一个要执行的程序以实时方式执行的方法为：
[ root@vinsent ~ ]#bash # 新打开一个bash [ root@vinsent ~ ]#chrt -p $$ # 查看该bash的调度策略 pid 5140's current scheduling policy: SCHED_OTHER pid 5140's current scheduling priority: 0 [ root@vinsent ~ ]#
可以看到，新打开的bash已经是实时进程，默认调度策略为SCHED_OTHER，优先级为0。如果想修改调度策略，就加个参数；
[ root@vinsent ~ ]#chrt -f 10 bash # 以优先级10 ，SCHED_FIFO策略打开一个bash [ root@vinsent ~ ]#chrt -p $$ pid 5169's current scheduling policy: SCHED_FIFO pid 5169's current scheduling priority: 10
SCHED_RR和SCHED_FIFO都是实时调度策略，只能给实时进程设置。对于所有实时进程来说，优先级高的（就是priority数字小的）进程一定会保证先于优先级低的进程执行。SCHED_RR和SCHED_FIFO的调度策略只有当两个实时进程的优先级一样的时候才会发生作用，其区别也是顾名思义：
SCHED_FIFO:以先进先出的队列方式进行调度，在优先级一样的情况下，谁先执行的就先调度谁，除非它退出或者主动释放CPU。
SCHED_RR:以时间片轮转的方式对相同优先级的多个进程进行处理。时间片长度为100ms。
2、非实时优先级调度策略
上面讲述了Linux对于实时进程的优先级和相关调度算法的描述。整体很简单，也很实用。而相对更麻烦的是非实时进程，它们才是Linux上进程的主要分类。对于非实时进程优先级的处理，我们首先还是要来介绍一下它们相关的调度算法：O1和CFS。
（1）O1调度器的调度过程
首先，进程产生（fork）的时候会给一个进程分配一个时间片长度。这个新进程的时间片一般是父进程的一半，而父进程也会因此减少它的时间片长度为原来的一半。就是说，如果一个进程产生了子进程，那么它们将会平分当前时间片长度。比如，如果父进程时间片还剩100ms，那么一个fork产生一个子进程之后，子进程的时间片是50ms，父进程剩余的时间片是也是50ms。这样设计的目的是，为了防止进程通过fork的方式让自己所处理的任务一直有时间片。不过这样做也会带来少许的不公平，因为先产生的子进程获得的时间片将会比后产生的长，第一个子进程分到父进程的一半，那么第二个子进程就只能分到1/4。对于一个长期工作的进程组来说，这种影响可以忽略，因为第一轮时间片在耗尽后，系统会在给它们分配长度相当的时间片。
针对所有R状态进程，O1算法使用两个队列组织进程，其中一个叫做活动队列，另一个叫做过期队列。活动队列中放的都是时间片未被耗尽的进程，而过期队列中放时间片被耗尽的进程。
新产生的进程都会先获得一个时间片，进入活动队列等待调度到CPU执行。而内核会在每个tick间隔期间对正在CPU上执行的进程进行检查。一般的tick间隔时间就是cpu时钟中断间隔，每秒钟会有1000个，即频率为1000HZ。每个tick间隔周期主要检查两个内容：
(1) 当前正在占用CPU的进程是不是时间片已经耗尽了？
(2) 是不是有更高优先级的进程在活动队列中等待调度？如果任何一种情况成立，就把则当前进程的执行状态终止，放到等待队列中，换当前在等待队列中优先级最高的那个进程执行。
（2）CFS完全公平调度
O1已经是上一代调度器了，由于其对多核、多CPU系统的支持性能并不好，并且内核功能上要加入cgroup等因素，Linux在2.6.23之后开始启用CFS作为对一般优先级(SCHED_OTHER)进程调度方法。在这个重新设计的调度器中，时间片，动态、静态优先级以及IO消耗，CPU消耗的概念都不再重要。
CFS采用了一种全新的方式，对上述功能进行了比较完善的支持。其设计的基本思路是，我们想要实现一个对所有进程完全公平的调度器。又是那个老问题：如何做到完全公平？答案跟上一篇IO调度中CFQ的思路类似：如果当前有n个进程需要调度执行，那么调度器应该再一个比较小的时间范围内，把这n个进程全都调度执行一遍，并且它们平分cpu时间，这样就可以做到所有进程的公平调度。那么这个比较小的时间就是任意一个R状态进程被调度的最大延时时间，即：任意一个R状态进程，都一定会在这个时间范围内被调度相应。这个时间也可以叫做调度周期，其英文名字叫做：sched_latency_ns。进程越多，每个进程在周期内被执行的时间就会被平分的越小。调度器只需要对所有进程维护一个累积占用CPU时间数，就可以衡量出每个进程目前占用的CPU时间总量是不是过大或者过小，这个数字记录在每个进程的vruntime中。所有待执行进程都以vruntime为key放到一个由红黑树组成的队列中，每次被调度执行的进程，都是这个红黑树的最左子树上的那个进程，即vruntime时间最少的进程，这样就保证了所有进程的相对公平。在基本驱动机制上CFS跟O1一样，每次时钟中断来临的时候，都会进行队列调度检查，判断是否要进程调度。当然还有别的时机需要调度检查，发生调度的时机可以总结为这样几个：
当前进程的状态转换时。主要是指当前进程终止退出或者进程休眠的时候。
当前进程主动放弃CPU时。状态变为sleep也可以理解为主动放弃CPU，但是当前内核给了一个方法，可以使用sched_yield()在不发生状态切换的情况下主动让出CPU。
当前进程的vruntime时间大于每个进程的理想占用时间时（delta_exec > ideal_runtime）。这里的ideal_runtime实际上就是上文说的sched_latency_ns／进程数n。当然这个值并不是一定这样得出，下文会有更详细解释。
当进程从中断、异常或系统调用返回时，会发生调度检查。比如时钟中断。
参阅：http://www.linuxidc.com/Linux/2016-05/131244.htm