进程优先级与进程调度

进程优先级

进程优先级：进程要访问某种资源，每个进程享受资源的先后顺序，那么为什么进程要有优先级呢？在计算机中的CPU资源过少，而进程过多，每个进程都需要通过优先级和排队，进而形成一个公平、有序的环境。

在Linux中，有进程有进程优先级（PRI），PRI 是一个数字，范围在 [60,99) 之间，数字越小表示进程的优先级越高！Linux 中默认一个普通进程的优先级是80，并且进程的优先级可以被修改：只能改变进程的 nice 值，而不是直接改变进程的 PRI 进行优先级的调整。

那为什么进程优先级的范围只是在 [60,99) 之间呢？

如果进程优先级范围不加限制，有些人就会将自己进程的优先级调整的特别高，别人进程的优先级调整的特别低；优先级较高的进程会优先得到资源，而后面又会有源源不断的进程产生，这就导致常规进程很难享受到CPU的资源！进而导致进程饥饿问题。

进程的调度与切换

在操作系统中，进程都是基于时间片排队进行轮转执行的，而不是将进程放在CPU上直接将所有的代码一次性跑完！

进程加载到CPU上，在运行的时候，会产生大量的临时数据，放在CPU的寄存器中，这些放在CPU寄存器中所有的临时数据，叫做进程的硬件上下文。

硬件上下问是干什么的？为什么要储存在寄存器里？硬件上下问是为了让我们的进程得以保存数据，所以也叫保护上下文。

进程在运行的时候，在CPU上储存有临时数据，这些数据存储在CPU的特定寄存器中，当进程在一个时间片内没有运行结束的时候，进程就会将这些数据从寄存器中取出，保存在自己的内部（保存是为了后面更好的恢复），等到CPU再次调度此进程的时候，CPU就可以在进程中取出这些数据，通过这些数据就能进行硬件上下文的恢复（即确定应该从哪里开始继续完成进程的执行）

CPU存储这些数据的寄存器只有一套，每次进程来都会更新CPU中的特定寄存器，等到没执行完的进程再次被调度的时候，又从进程自身取出数据恢复到CPU特定寄存器中继续开始进程的执行。

基于Linux 2.6 内核的进程调度队列与调度原理

从上文已经可以知道，进程是基于时间片在队列中进行轮转调度的，并且进程是有优先级的，优先级高的进程优先被调度，那么如何做到相对公平呢？后启动的优先级高的进程会比先启动的优先级较低的进程率先被CPU运行？

其实，在CPU中是有两个进程调度队列的的数组的，每个数组中都包含有40个优先级不同的队列，每个队列中都是优先级相同的进程在排队。

设想下面的场景：当前有4个进程在第一个调度队列数组中，两个进程在优先级为60的队列中，两个进程在优先级为80的进程中，这些进程在CPU中基于时间片进行轮转执行。那么，这些队列运行未结束的时候启动的队列，将会被链接在另一个调度队列的数组中，优先级相同的进程按照优先顺序在一个队列中。

当第一个队列中的进程结束后，只需要将指向这个调度队列的指针与指向另一个调度队列的指针交换指向，即可让一下一个队列的进程开始运行，而之后开启的进程，就都按先后顺序和进程优先级链接在这个调度队列中，待另一个队列运行结束后，再次交换指针指向即可。

那么，对于一个调度队列的本身，里面时如何做到进程公平调度的？

已知优先级相同的进程链接在一个队列中，优先级高的队列先运行，那么结果就显而易见了：优先级高的进程排成队列，基于时间片进行轮转执行各个进程；当高优先级的进程运行结束后，再基于时间片对较低优先级的进程队列基于时间片进程轮转执行调度。当所有优先级的调度队列全部都运行结束后，切换至等待队列数组。这样不会让普通且进优先级高的进程贸然插队，也不会让进程优先级低的队列等不到运行的机会而导致进程饥饿，做到了相对的公平。