Linux基础——进程初识（三）

1. 进程优先级

首先我们要知道，进程优先级是操作系统用来确定多个进程同时运行时，哪个进程会获得更多CPU时间片的相对重要性或优先级的评估。他和权限的区别在于权限决定了能不能访问资源，而优先级是在能访问资源的前提下，决定了资源访问谁先访问，谁后访问。

那么我们为什么需要优先级呢？在去食堂的时候，如果能给我们每一个人配备一个厨师，那么我们就不需要进行排队了，问题是没有那么多的厨师分配给我们，而进程也是同理，因为资源是有限的，而进程有多个，那么注定了进程之间的关系为竞争关系——这就是进程的竞争性。对于操作系统来说，操作系统必须保证良性竞争，为此要确认进程的优先级。如果进程长时间得不到CPU资源的话，那么该进程的代码就会长时间无法得到推进，这样的情况我们将其称为该进程的饥饿问题。

说了这么多，那么在Linux中的优先级是怎么办到的呢？

我们以以下代码为例

运行后查看有

在这里我们可以看到有PRI（优先级）和NI（nice值）两个值，PRI是priority（优先）的缩写，其值越小就越早执行，NI是进程优先级的修正属性，PRI(new) = PRI(old) + nice，我们可以调整nice值来调整进程的优先级，既然优先级可以被调整，那么我们可以大幅更改nice值，从而使该进程一直被调度吗？答案当然是不行的，对于Linux来说，它不想过多的让用户参与优先级，只允许在一定范围内进行优先级调整，Linux给出nice的取值范围为[-20, 19],通过计算我们可以得知PRI的取值范围为[60, 99]，一共40个级别。

知道了优先级后，操作系统如何通过其进行的调度呢？

在运行队列中有两个指针数组，优先级为相同的情况下，运行队列采取开散列的方法将其链接起来，在运行队列正在运行时，如果有新的相同优先级的进程产生，那么他会被放入到运行指针数组镜像数组中，在处理完当前运行队列的所有进程后，此时swap(run, wait)这样就将下一批调度队列放入了运行队列中。那么如何判断当前运行队列为空呢？——位图，这样就可以使时间复杂度降低到O(1)，这就是Linux内核的O(1)调度算法。

2. 进程概念

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

对于并发来说，我们之前提到过他是由时间片和进程切换共同做到的，即其是基于进程切换与时间片轮转的调度算法。而我们以前学习语言时，曾经有一个问题就是一个函数的返回值是怎么被外部拿到的呢？

首先，我们知道在CPU中存在很多的寄存器，在函数返回时，如：return a(10); 此时他会被转换成move eax 10，即函数返回值会先由寄存器保存，这之后再通过寄存器返回该数据。此外，操作系统是如何得知我们的进程当前执行到了哪一行呢？——使用程序计数器如:pc, eip等，它们可以记录当前进程正在执行指令的下一行指令的地址。（注：for循环和if条件分支等操作的本质就是修改eip指针）。

那么寄存器有如此之多，那么它们在操作系统之中扮演什么角色呢？答案是由于寄存器贴近CPU，因此它们可以通过将进程中的高频数据存入寄存器中从而提高效率。因此，CPU寄存器中保存的是进程相关的临时数据，我们将这些临时数据称为进程的上下文。在此我们还有一个问题，就是一个进程是有时间片的，在时间片规定时间到达后，其会被进程切换而拿下来，那下次执行该进程的时候，如何得知上次代码执行到哪里了呢？——因此，在进程从CPU上离开时，要将自己的上下文数据保护好或者带走，带走的目的是为了下次运行时恢复从而做到无缝衔接。因此我们可以知道，进程在被切换时需要做两件事：1. 保存上下文；2. 恢复上下文。在这里我们可以认为上下文是可以储存到task_strcut中的。

3. 环境变量

①环境变量概念

环境变量是系统提供的一组name=value形式变量，不同的环境变量有不同的用户，且通常具有全局属性。举几个例子

在我们使用指令时不用加上./但是我们运行自己的程序时，却需要使用，其实这里存在一个环境变量PATH，它是Linux的指令搜索路径，我们可以使用echo $PATH查看

它是各个路径之间使用:连接的字符串，我们输入一个指令时有如下反馈

其本质是在PATH的路径下找指令，找不到就返回command not found。我们可以使用

PATH=$PATH:当前路径

来将当前路径添加到默认路径中，在添加后就可以不用./即可

此外，我们可以使用env指令来查看所有的环境变量

可以看到这里有很多的环境变量，这里拿几个举例

HOME:进入系统时默认使用cd+HOME路径

HISTSIZE:表示history指令中记录的最多条数

PWD:当前所处的工作路径

LOGNAME:登入用户

OLDPWD:上一个路径

除了使用指令外我们还可以使用代码的方式来获取——getenv(),查看手册有

我们以如下代码为例

因此，通过环境变量，系统可以判断当前用户是谁来给予对应权限。

②命令行参数与环境变量

其实main函数可以传入两个参数，我们以以下代码为例

运行可以发现

对于argv我们可以知道它是一个数组指针

他会将输入的命令行以空格为分隔符，分成若干个参数存入argv中。那么为什么需要这么做呢？——其目的是为指令、工具和软件等提供命令行选项的支持。以如下代码为例

此外，除了argc和argv两个参数外，还可以有一个env参数，即

我们打印有如下结果

至此，我们可以知道在调用main函数时，一共会传入两张核心向量表，一张是命令行参数表，另一张是环境变量表。我们所运行的进程都是子进程，bash在本身启动的时候，会从操作系统之中读取环境变量信息，而子进程会继承父进程的环境变量。那么我们如何验证呢？我们可以使用

export MY_VALUE=123456

来向bash中添加这个环境变量，再次运行mycode可以发现

而我们在bash中取消该环境变量

unset MY_VALUE

后，再次运行可以发现

此时MY_VAlUE又消失了。即子进程会继承父进程的环境变量。

③本地变量与内建命令

我们可以直接使用

a=1
b=2
c=3

来直接创建变量，这样创建出来的变量为本地变量，可以使用echo $a来查看变量值，即

也可以使用set来查看所有变量，即

对于本地变量，它只会在本bash内有效，而不会继承给子进程，若是想让它变为环境变量可以使用export，即

由于a是本地变量，对于echo $a来说，echo不应该是bash的子进程吗？既然是的话echo就不应该继承本地变量a，那么如何访问a的值呢？其实对于命令来说，一般分为两大类，一类是常规命令——即通过创建子进程完成的，另一类是内建命令——即bash不创建子进程，而是自己亲自执行，类似与bash调用自己写的或是系统提供的函数，如:echo, cd, end, export等，其实现大概是类似于下面的形式

if (argv[1] == "echo")
{
    chdir(argv[1]);
}