【Linux】进程优先级,环境变量,进程地址空间

1.进程优先级

基本概念

• cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。

• 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。

• 还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能

查看系统进程

在linux或者unix系统中，用ps –l命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下 :

• 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 and NI

PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高

那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice
这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行,所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值nice其取值范围是-20至19，一共40个级别

PRI vs NI

需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。
可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据

修改进程优先级的命令

用top命令更改已存在进程的nice：

(1)top
(2)进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

其他概念

• 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

2. 环境变量

基本概念

环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数
如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。

环境变量通常具有某些特殊用途，还有在系统当中通常具有全局特性

查看环境变量方法

echo $NAME //NAME:你的环境变量名称  

常见环境变量

PATH : 指定命令的搜索路径
HOME : 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录)
SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash。

测试PATH

1. 创建hello.c文件

2. 对比./hello执行和之间hello执行

很明显可以看到，在执行hello这个程序的时候，如何没有加上./就无法运行

3. 为什么有些指令可以直接执行，不需要带路径，而我们的二进制程序需要带路径才能执行？

   这是因为在操作系统中，系统已经配置了一些默认的环境变量和路径，使得某些常用的指令可以直接执行，而不需要指定完整的路径。这些指令通常是操作系统提供的核心功能或常用工具，比如ls、cd、mkdir等。

   对于二进制程序来说，它们并不在默认的路径中，所以需要提供完整的路径才能执行。如果你想让一个二进制程序在任何位置都能被执行，可以将其所在的路径添加到系统的环境变量中，这样就可以直接使用程序名来执行了。

   另外，如果你当前所在的目录中有一个可执行文件，你也可以使用相对路径来执行它，比如./program，其中./表示当前目录。但是相对路径只适用于当前目录下的文件，如果要执行其他目录下的文件，还是需要提供完整的路径。

4. 将我们的程序所在路径加入环境变量PATH当中, export PATH=$PATH:hello程序所在路径

   

5. 对比测试

   

6. 还有什么方法可以不用带路径，直接就可以运行呢？

   如果我们使用 root 权限将我们所写的程序拷贝到 /bin 目录下，那样就可以直接执行自己写的程序了。 这个方法一般不是很理想，这里不做演示。

环境变量相关的命令

1. echo: 显示某个环境变量值

2. export: 设置一个新的环境变量

3. env: 显示所有环境变量

4. unset: 清除环境变量

5. set: 显示本地定义的shell变量和环境变量

环境变量的组织方式

通过代码如何获取环境变量

1. 命令行第三个参数

2. 通过第三方变量environ获取

   

   libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时 要用extern声明。

   

通过系统调用获取或设置环境变量

常用getenv来访问特定的环境变量

环境变量通常是具有全局属性的

环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去

（1） 添加环境变量MYENV=1

（2）创建子进程验证是否存在MYENV

如果只进行 MYENV＝“helloworld” ,不调用export导出，在用我们的程序查看，会有什么结果？为什么?

不加export就是普通变量，无法给子进程继承

加export表示为全局变量，不止对当前shell有效，对子进程也有效，否则则为局部变量，只对当前shell有效，子进程无效。

3. 程序地址空间

研究背景

Linux centos7 3.10.0-1160.90.1.el7.x86_64

程序地址空间回顾

下面的程序地址空间图，一定是绝大部分大刚开始学C语言的时候就接触过的空间布局图—当那个时候我们对此并不理解

用代码的角度测试一下

#include 
#include 
#include 
int g_val = 0;
int main(){
   pid_t id = fork();
   if(id < 0){
       perror("fork");
       return 0;
   }else if(id == 0){ 
       //子进程
       printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}else{ 
       //父进程
       printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	return 0;
}

输出的结果与环境相关，观察现象即可

我们发现，输出出来的变量值和地址是一模一样的，很好理解，因为子进程按照父进程为模版，父子并没有对变量进行进行任何修改。可是将代码稍加改动

#include 
#include 
#include 
int g_val = 0;
int main(){
   pid_t id = fork();
   if(id < 0){
       perror("fork");
       return 0;
   }else if(id == 0){ 
       //子进程
       g_val=100;                                  
     	//现在这个场景子进程肯定先跑完，也就是子进程先修改，完成之后，父进程再读取
       printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}else{ 
       //父进程
       printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	return 0;
}

我们发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！能得出如下结论

• 变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量
• 地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
• 在Linux地址下，这种地址叫做 虚拟地址
• 所以我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址

进程地址空间

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的，准确的应该说成 进程地址空间 ，那该如何理解呢？

说明: 同一个变量，地址相同，其实是虚拟地址相同，内容不同其实是被映射到了不同的物理地址