【Linux】第十四站：进程优先级

一、Linux内核怎么设计各种结构

我们前面所写的数据结构都是比较单纯的。

而linux中就比较复杂了，同一个结点可能既处于链表，也处于队列，也处于树中。是极其复杂的

我们可以这样简单的理解为，在一个PCB中，有链表的指针，也有队列的指针，也有树的指针等待。

即如下的情况

struct node
{
	struct node* prev;
	struct node* next;
};
struct task_struct
{
    //各种属性
    //....
    struct node link;
};

也就是和我们之前的是刚好相反的，我们是将指针给存储起来的

这里的指针指向只是在内部的指针进行寻找进程的，如果我们想要找到这个进程的起点，我们可以这样做

(task_struct*)((int)p - (int)&((task_struct*)0->link))

这样就可以找到起始地址了

然后我们就可以直接去找到其他属性了

同样的，如果想将这个放到其他的结构体内，只需要将结点指针直接往里定义即可。

二、进程优先级

1.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。（可能改善）
• 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

2.是什么

优先级和权限的区别是什么？

优先级解决的是对于资源的访问，谁先访问，谁后访问？

权限解决的是能不能访问

3.为什么要有优先级

因为资源是有限的，进程是多个的，注定了，进程之间是竞争关系！ ----竞争性

操作系统必须保证大家良性竞争，必须要确认优先级。

但是如果我们进程长时间得不到CPU资源，该进程的代码长时间无法得到推进----就出现了该进程的饥饿问题。

4.批量化注释操作

当我们注释代码的时候，可能会非常麻烦，所以，我们就需要批量化注释操作

操作如下

1. 按住CTRL + V
2. 通过HJKL左下上右四个方向键来选中区域。
3. 按住Shift + i，即大写I,进入插入模式
4. 按//
5. 按ESC

如果我们想要取消批量化注释，那么操作如下

1. 按住CTRL + V
2. 通过HJKL选中区域
3. 直接按d

5.查看优先级

我们可以用这个简单的代码来测试

我们可以使用ps命令带上-l选项来查看到

ps -l

不过上述命令存在一个问题，就是我们是两个终端的，上面默认只能查看一个终端进程，如下所示

为了可以查看到其他终端的进程，我们可以加上a选项

ps -al

为了方便，我们可以将我们想要的那部分给拿出来

在这里，我们重点查看的就是这两个

这个PRI既是传说中的优先级。(priority单词的简写)

NI这个是进程优先级的修正数据（nice值）

下面是这些数据的含义

• 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

对于UID,它才是linux系统中真正识别一个文件的东西。

因为linux系统根本不认文件名。只认UID

比如可以直接使用ls命令就可以看到UID，如果带上n就会显示UID

在下面的这个PRI中,在linux中，这个数字是一个整数，这个PRI越小，优先级越高，越早被执行

6.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，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

注意事项

• 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

如果要更改nice值，那么可以使用如下指令

nice
renice

具体使用方法可以使用man手册

我们也可以使用top命令来更改优先级

我们使用如下代码

然后我们可以先查看一下默认优先级，为80

然后我们现在更改优先级，先使用top命令，然后按一下R

然后输入要更改优先级的PID,我们这里是2427

然后会让我们修改多少

虽然我们知道修改范围是-20至19，但是我们可以先尝试一下-30

我们可以看到，这里我们没有权限，所以我们可以使用su指令先换为root在来尝试一下

这一下，我们发现，修改成功了。最终结果如下所示

不过我们会发现，虽然我们修改的是30，但是最终的结果是-20，也就是说不会超过这个范围

但是假如，我们继续再次调整之后，我们为他+100

最终结果如下，是99

可见，实际的最终的优先级PRI = PRI(旧) + NI，其中，这个旧的PRI一般都是80

三、位图与优先级

操作系统是如何根据优先级，开展的调度呢？？

其实这是因为里面使用了一种哈希的做法

里面会有这样一个结构体

struct runqueue
{
	task_struct* running[140]
	task_struct* waiting[140]
	//........
}

在这个结构体中，两个数组

这个数组的大小一般是140个，但是[0,99]是其他种类的进程用的。只有[100,139]这40个刚好是我们优先级时候所用的

而我们的优先级一般会从[60,99]，会先将这个转化为[100,139]之间

然后使用开散列去一一映射。这样就可以直接按照优先级排好队了

不过这里我们只是使用了一个数组，但是我们上面还写一个数组是用来干什么呢？

这是因为有时候，当我们正在调度一个队列的时候，可能还有新的进程过来。这时候，我们既要向这个队列插入进程，又要移走进程，这不是一个好现象。

所以我们还维护了一个一模一样的镜像队列。

struct runqueue
{
	task_struct** run;
	task_struct** wait;
	task_struct* running[140]
	task_struct* waiting[140]
	//........
}

如上所示，run指向running，wait指向waiting。

这样的话，当我们正在调度run队列的时候，我们这个run队列就不可以插入数据了。只能根据优先级在wait队列中插入。

当run的队列一旦被处理完了，只需要将这两个指针的指向进行一次交换。此时我们就又有了一批需要处理的进程。

不过，在判断处理完的时候，我们现在只能一遍一遍的遍历，这里的话时间复杂度太高。我们可以在开一个位图，用来判断每一个位是否位空

struct runqueue
{
	bitset<140> isempty;
	task_struct** run;
	task_struct** wait;
	task_struct* running[140]
	task_struct* waiting[140]
	//........
}

这样我们就可以以O(1)的复杂度去调度进程

这样的算法也叫做，Linux内核的O(1)调度算法