（13）Linux 进程的优先级、进程的切换以及环境变量等

前言：我们先讲解进程的优先级。然后讲解进程的切换，最后我们讲解环境变量，并且做一个 "让自己的可执行程序不带路径也能执行"的实践，讲解环境变量的到如何删除，最后再讲几个常见的环境变量。

一、进程优先级（Process Priority）

1、什么是优先级？ 

cpu资源分配的先后顺序就是指进程的优先级(priority） 

先区分优先级和权限的区别:

• 优先级代表一定能得到申请的资源
  只是现在要考虑得到资源的时间问题

• 权限代表有没有资格得到申请的资源
  是要考虑能否的问题

 

 2、为什么会存在优先级？

我们不妨先思考下我们日常生活中排队的本质，排队的本质可以说是 "确定优先级" ，

而插队行为就是更改优先级。因为排队造就了优先级，那我们为什么要排队？

现实生活中一旦出现了抢，就难免会引发争执。

所以，排队主要是换了一种竞争方式，不以那么残酷的方式竞争，让进程都能 井然有序 。

因为 系统里面永远都是进程占大多数，资源是少数。 这就导致了进程竞争资源是常态！

排队和进程资源竞争都是一定要确认先后的，它们的本质都是 确认优先级 。

本章我们要讲的是 Linux 的进程优先级，Linux 下的优先级有很多方式，包括设置和修改。

我们不建议修改优先级，如果你不懂调度器的调度算法，你随便修改优先级其实就是变相地 "插队" 了。你可以让你的进程尽快地得到了某种 CPU 资源或其它资源，凡是可能会打破调度器的平衡。其实你在用户层再怎么设置，也不会对调度器的调度策略产生什么影响。

 3、查看系统进程：ps -l

 查看系统进程：在 Linux 或者 Unix 系统中，输入  ps -l  命令则会输出内容：

$ ps -l    # 查看进程的优先级

我们写一个简单的 Hello 程序，令其每隔一秒发送一次 Hello：

#include 
#include 
 
int main(void) {
    while (1) {
        sleep(1);
        printf("Hello world! pid: %d\n" ,getpid());
    }
}

我们把它运行起来，此时我们使用  ps -l   查看： 

然而，并没有我们的的进程

因为  ps -l  只能显示当前终端下进程的相关信息，我们可以使用给它加上 ​ 选项：

$ ps -la   

此时我们的进程 process 就显示出来了，我们重点关注 ​ 和 ​ 列。

 Linux 中的进程优先级由两部分组成：​

• ​：优先级 (priority)，默认进程优先级为 ​。
• ​：nice 值 (nice value) ，进程优先级的修正属性，取值区间为 ​ ，默认值为 ​ 。

注意：数字越小，表示优先级越高；数字越大，优先级越低。（Linux 下）

优先级的部分我们在 task_struct 中也是可以找到的。
它的优先级和我们上一章讲的进程状态一样，也是个整数，在 task_struct 中表示：

 

 4、进程优先级的修改

要更该进程的优先级，需要更改的是 ​，而非 ​ 。

因为 nice 值是进程优先级的修正数据，所以一个进程不管是在启动前还是在运行中，想要修改优先级，都是通过修改它的 nice 值来达到目的。

使用一连串指令修改指定进程的优先级:

1. 输入top启动任务管理器
2. 输入r(renice)来修改NI的值
3. 再输入目标进程的pid来定位
4. 输入想要修改的NI值(注意不是输入PRI值)

其实，我们系统中是存在   nice  命令的，对应的还有   renice  。

$ nice  
$ renice

它们可以让我们在启动一个进程时直接指定优先级，或者启动中或启动前设置优先级。

感兴趣可以自行查阅，我们还是主要学习如何使用   top  命令去修改：

$ top

注:系统允许优先级的值被改高
如果想要将值改低要用sudo或root账号

进入 top 后我们键入 ​ ，此时会发出询问：PID to renice [default pid=]

在后面输入我们要修改的进程的 ​ 即可，我们刚才进程的 ​ 是 ​：27428.

然后会询问：PID to renice [default pid=1] ，问你要设置哪个进程的 ​：

如果你没有提供权限，会

 如果你执意修改，你须具备 超级用户 的权限 —— ​ ！这里我们 sudo top 就行：

$ sudo top 

我们来演示一下，给他增加10。

值得强调的是，Linux 不允许用户无节制地设置优先级，设置的优先级范围不能逾过下列区间：

​

二、进程的切换（Process Switch） 

 CPU 资源只有少量，甚至一个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效的完成任务、更合理竞争相关资源，便具有了优先级。进程运行具有独立性，不会因为一个进程挂掉或者异常而导致其它进程出现问题！

思考：那么操作系统是如何做到进程具有独立性的呢？

1、并行和并发 

并发：

当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状。.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

 特点：对单处理器而言–多个程序在同一时间段发生

并行：

当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)。 

特点：对多处理器而言–多个程序在同一时刻发生

 2、进程抢占

思考：OS 就是简单的根据队列来进行前后调度的吗？有没有可能突然来了一个优先级更高的进程？ 

正在运行的低优先级进程，可能正在享受着它的时间片、推进着代码，但是如果来了优先级更高的进程，我们的调度器会直接把对应的进程从 CPU 上剥离，放上优先级更高的进程，这个操作就叫做 进程抢占。 

 a. 不允许不同优先级的进程存在的 
b. 相同优先级的进程，是可能存在多个的

 现在我们思考两个问题：

1. 没运行完的进程数据后来去哪儿了?
2. 当一个进程被取下时它在CPU的数据是否会被删除?

 举个例子：

int func() {
    int a = 10 + 20;
    return a;
}
 
int z = func();

 z 是如何得到已经释放的临时变量 a 的数据的？

寄存器功不可没，拷贝一份到寄存器里去，然后再 mov 给 z 变量。 

CPU 内的寄存器是：可以临时地存储数据

寄存器分为 可见寄存器 和 不可见寄存器 。

当进程在被执行的过程中，一定会存在大量的临时数据，会暂存在 CPU 内的寄存器中。

寄存器上数据的重要性：

我们把进程在运行中产生的各种寄存器数据，我们叫进程的硬件上下文数据。

• 当进程被剥离：需要保存上下文数据
• 当进程恢复时：需要将曾经保存的上下文数据恢复到寄存器中。

一个进程被取下来时CPU并不会删除它的临时数据而是当下一个进程被放入时,用
下一个进程的数据将上一个进程的数据覆盖了! 

 三、环境变量（Environment Var）

思考：为什么我们的代码运行要带路径，而系统的指令不用带路径？

 

 

如果我们直接输入我们的可执行程序，会显示 ：

我们说过，执行系统的指令实际上也是程序，系统的指令你也是可以带上路径的： 

 

其实，我们可以通过它的报错 "command not found" 发现些什么！

要执行一个可执行程序，前提是要先找到它。

现在我们的问题就可以转化成：为什么系统的命令能找到，而我们自己的程序找不到？ 

系统中是存在相关的 环境变量，保存了程序的搜索路径的！

为什么我们的代码运行要带路径，而系统的指令不用带？其本质是由环境变量 PATH

 引起的！ 

1、环境变量 PATH  

 我们可以通过 env 指令查看环境变量：

$ env

 （一大堆数据）

这些变量每一个都有它特殊的用途，系统中搜索可执行程序的环境变量叫做 PATH。

我们可以通过 grep 去抓一下： 

$ echo $PATH

如何查看环境变量的内容？我们可以使用 echo  去显示： 

$ echo $PATH

环境变量 PATH中会承载多种路径，中间用冒号 ( : ) 作为分隔符。

我们再执行某一个程序时，比如执行 ls 时，我们的系统识别到 ls 的输入时，会在上面路径中逐个搜索，只要在特定的路径下找到了 ls，就会执行特定路径下的 ls 并停止搜索。

 换言之，PATH 就提供了环境变量，可执行程序搜索的路径。

我们的 ls 在  usr/bin  路径下，这说明当前的 ls 在 PATH

 中是可以被找到的，

所以执行 ls 的时侯自然可以不带路径，所以我们自己的  process 不带路径自然就不能执行。

因为当前的  process 所在的路径并没有这里的环境变量，程序在搜索的时侯找了路径也没有找到你这个可执行程序，搜索完找不到，自然就报 "command not found" 了。

现在就想让我的可执行程序 process 不带路径直接执行起来

我们先讲述一种简单粗暴的方式，直接把我们的可执行程序 cp 拷贝到系统的路径中：

$ sudo cp process /usr/bin/

既然系统的所有命令都在 usr/bin 路径下，那我们把我们的 process 拷进去就行了。

不建议你将你的指令拷贝到 Linux 系统路径下，因为这会污染 Linux 下的命令池。 

更好的方式是将 process 所处的路径也添加到环境变量中。 

在 Linux 命令行中，我们也是可以定义变量的，命令行变量分为两种：

• 普通变量
• 环境变量（具备全局属性）

 

Linux命令行也是可以定义变量的

用系统查看环境变量的命令 env 去查看一下这个本地变量，会发现根本找不到，

因为它不以环境变量的形式存在，但是它是存在的！ 

如果你想让一个变量变成环境变量，你可以通过 export 导出一个在系统中可以查看的环境变量： 

$ export []=[]

 通过 env 并 grep 一下这个变量，我们就能找到我们导出的环境变量了：

 把我们的环境变量，当前路径导入到 PATH 路径中看看会发生什么：

$ export PATH=[路径]

 我们发现我们的 process 可以跟系统指令一样不带路径直接执行了，但是但是但是

你会发现你的命令全都不能用了。（ls，touch，mkdir，，，，，）

因为你把 PATH 里的环境变量都搞没了，只剩你自己的路径了，所以这些指令自然都找不到了。

出现了你刚才自己可执行程序不带路径后 Enter 的报错 "command not found" 。

在命令行上设置的环境变量是具有临时性的，只在你登陆期间有效。

关掉重启！！！就能解决

如果你想让你的环境变量设置永久有效的话，是需要更改配置文件的，该配置文件在系统当中，跟云服务器没有关系。

$ export PATH=$PATH:[路径]

 

2、环境变量的导入和解除 

刚才我们通过 export 去导入变量，如果想取消一个变量，就可以使用 unset 来取消变量设置： 

 

此时我们使用 unset 环境变量，就可以解除 foo： 

 

" 这些东西实际上都是 shell 命令，export 是导出，unset 是取消 " 

3、介绍几个常见的环境变量 

下面我们来详细介绍一下常见的环境变量，刚才我们就是用 env 指令去查看环境变量的： 

 

这个 HOSTNAME 就是表示 "对应这台主机的主机名" 。

 

我们同样也是可以通过 echo 指令带上 $ 去查看环境变量： 

echo $HOSTNAME

 

再比如 SHELL，它可以告诉你你的 shell 在哪里，通常是 /bin/bash  

echo $SHELL

 

得益于 Linux 存在历史命令的记录功能，我们可以在 Xshell 里 ↑ ↓ 显出历史命令，就像这样： 

Linux 最多允许你记录的历史命令条数是 10000。（有的就不一样唉）

而我们接下来要介绍的 HISTSIZE  (History Size)，就是定义一共记录多少历史指令的环境变量： 

$ echo $HISTSIZE

 

当然还有很多，比如 SSH-CLIENT 记录了谁登的服务器、地址、端口号等。 

尾记 

 

命令行中启动的进程，父进程全部都是 bash 。

环境变量具有全局属性，环境变量是会被子进程继承下去的。

所谓的本地变量，本质就是在 bash 内部定义的变量，不会被子进程继承下去。

Linux 下大部分命令都是通过子进程的方式执行的，但是还有一部分命令不通过子进程的方式执行，而是由 bash 自己执行（调用自己的对应的函数来完成特定的功能，比如 cd 命令），我们把这种命令叫做 内建命令。