linuxIPC——进程执行的优先级
本文深入介绍基础的 Linux 进程管理技术。您将学习如何：
- 理解进程优先级
- 设置进程优先级
- 更改进程优先级
本文帮助您准备 Linux Professional Institute's Junior Level Administration (LPIC-1) 考试 101 的 103 主题下的 103.6 考核目标。该考核目标的权值为 2。
先决条件
为了从本文获得最大的收益，您应该具备基础的 Linux 知识，并且具有一个能够正常运行的 Linux 系统，以便练习本文讨论的命令。不同版本的程序输出的结果的格式可能不同，因此您的结果可能与本文图片和清单所示的结果有所不同。本文的例子显示的结果来 自于 Ubuntu 9.10 (Karmic Koala) 发行版。本文以上一篇文章 “学习 Linux，101：创建、监控和终止进程 ” 为基础。
了解优先级
Linux 与其他现代操作系统一样，也可以运行多个进程。它在多个进程之间共享 CPU 和其他资源。如果一个进程占用了 100% 的 CPU，那么其他进程将无法响应。
如果运行 top 命令，默认将按照 CPU 使用量的降序显示进程，如清单 1 所示。在上一篇文章 “学习 Linux，101：创建、监控和终止进程 ” 中，我们展示了一个简易的数字时钟脚本，它每 30 秒在控制台打印，其他时间不执行任何操作。如果我们运行该进程，它可以不会出现在 top 的输出列表上，因为该进程大部分时间不使用 CPU。
清单 1. Linux 工作站上 top 命令的典型输出
top - 08:00:52 up 1 day, 10:20, 5 users, load average: 0.04, 0.08, 0.04
Tasks: 172 total, 1 running, 171 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
Cpu(s): 3.7%us, 0.3%sy, 0.0%ni, 95.6%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.3%si, 0.0%st
Mem: 4057976k total, 1777976k used, 2280000k free, 225808k buffers
Swap: 10241428k total, 0k used, 10241428k free, 655796k cached
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
11220 ian 20 0 555m 106m 27m S 8 2.7 36:06.16 firefox
7 root 15 -5 0 0 0 S 1 0.0 10:59.36 ksoftirqd/1
10849 ian 20 0 212m 15m 10m S 0 0.4 0:08.11 gnome-terminal
1 root 20 0 19584 1888 1196 S 0 0.0 0:00.83 init
2 root 15 -5 0 0 0 S 0 0.0 0:00.01 kthreadd
3 root RT -5 0 0 0 S 0 0.0 0:00.02 migration/0
4 root 15 -5 0 0 0 S 0 0.0 0:01.08 ksoftirqd/0
5 root RT -5 0 0 0 S 0 0.0 0:00.00 watchdog/0
6 root RT -5 0 0 0 S 0 0.0 0:00.03 migration/1
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您的系统可能有很多命令都会占用大量 CPU。比如视频编辑工具、转换不同图片格式的程序或者音频编码转换程序（如将 mp3 转换为 ogg）等。
如果您只有一个 CPU 或者 CPU 的数量有限，那么必须决定如何在几个计算进程之间共享这些有限的 CPU 资源。通常的做法是，选择一个要执行的进程，并让它在短时间内运行（这个时间称为时间片 ），或者一直运行到它需要等待的一些事件，如要完成的 IO 等。为了确保重要的进程能够得到 CPU，这种选择是基于调度优先级 进程的。清单 1 中的 NI 列展示了调度优先级或者说每个进程的 niceness 。niceness 的范围一般从 -20 到 19，-20 表示调度优先级最高，19 表示优先级最低。
使用 ps 查看 niceness
除了 top 命令之外，您还可以使用 ps 命令显示 niceness 值。您可以按照从文章 “学习 Linux，101：创建、监控和终止进程 ” 中学到的方式自定义输出，也可以使用 -l 选项获取长清单。ps -l 的结果如清单 2 所示。如果使用 top 命令，请在 NI 列中查看 niceness 值。
清单 2. 使用 ps 查看 niceness
ian@attic4:~$ ps -l
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
0 S 1000 26502 26501 0 80 0 - 5368 wait pts/4 00:00:00 bash
0 R 1000 27046 26502 0 80 0 - 1684 - pts/4 00:00:00 ps
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niceness 的默认值
从清单 1 和清单 2 中我们可以猜测出，常规用户所启用进程的 niecess 的默认值是 0。在当前的 Linux 系统中通常是这样。您可以运行 nice 命令且不带任何参数，以此验证您的 shell 和系统中的该值，如清单 3 所示。
清单 3. 查看默认 niceness
ian@attic4:~$ nice
0
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设置优先级
在查看如何设置或更改 niceness 值之前，我们先构建一个 CPU 密集型小脚本，演示 niceness 的工作方式。
CPU 密集型脚本
我们将创建一个小脚本，它占用较多的 CPU，但执行的操作很简单。该脚本有两个输入：计数和标签。它打印标签以及当前的日期和时间，然后旋转，递减计数，直到它到达 0，最后再次打印标签和日期。该脚本如清单 4 所示，它没有任何错误检查机制，也不是非常稳定，但是它足以满足我们的演示需要。
清单 4. CPU 密集型脚本
ian@attic4:~$ echo 'x="$1"'>count1.sh
echo 'echo "$2" $(date)'>>count1.sh
echo 'while [ $x -gt 0 ]; do x=$(( x-1 ));done'>>count1.sh
ian@attic4:~$
ian@attic4:~$
ian@attic4:~$ echo 'echo "$2" $(date)'>>count1.sh
ian@attic4:~$ cat count1.sh
x="$1"
echo "$2" $(date)
while [ $x -gt 0 ]; do x=$(( x-1 ));done
echo "$2" $(date)
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如果在系统上运行该脚本，它的输出将类似于清单 5。您可能需要增加计数值以查看时间的不同，具体取决于您系统的速度。该脚本将占用大量 CPU，等会我们就会看到这一点。如果您的默认 shell 不是 Bash，如果您的脚本无法运行，那么可以使用下文所示的第二种调用形式。如果您使用的不是自己的工作站，运行脚本前请确保占用大量 CPU 不会导致不良影响。
清单 5. 运行 count1.sh
ian@attic4:~$ sh count1.sh 10000 A
A Wed Jan 20 08:34:16 EST 2010
A Wed Jan 20 08:34:16 EST 2010
ian@attic4:~$ bash count1.sh 99000 A
A Wed Jan 20 08:34:20 EST 2010
A Wed Jan 20 08:34:22 EST 2010
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到目前为止一切顺利。现在让我们创建一个在后台运行的脚本，并启动 top 命令查看脚本所用 CPU 的命令清单（请参见之前的文章 “学习 Linux，101：Linux 命令行 ” 了解最新的命令清单）。命令清单如清单 6 所示，top 的输出见清单 7。
清单 6. 运行 count1.sh 和 top
ian@attic4:~$ (sh count1.sh 5000000 A&);top
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清单 7. 占用大量 CPU
top - 15:41:15 up 1 day, 17:59, 6 users, load average: 0.20, 0.06, 0.02
Tasks: 169 total, 2 running, 167 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
Cpu(s): 52.1%us, 0.7%sy, 0.0%ni, 47.3%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st
Mem: 4057976k total, 1393772k used, 2664204k free, 235596k buffers
Swap: 10241428k total, 0k used, 10241428k free, 662592k cached
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
26756 ian 20 0 4004 588 496 R 100 0.0 0:03.53 sh
11220 ian 20 0 555m 101m 27m S 5 2.6 57:58.07 firefox
26757 ian 20 0 19132 1364 980 R 0 0.0 0:00.03 top
1 root 20 0 19584 1888 1196 S 0 0.0 0:00.89 init
2 root 15 -5 0 0 0 S 0 0.0 0:00.01 kthreadd
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不错。我们只使用了一个简单的脚本就占用了系统中一个 CPU 100% 的资源。如果希望占用多个 CPU，您可以在命令清单中添加对 count1.sh 的调用。如果运行过类似的作业，您会发现我们将无法在系统上执行其他工作（其他用户也是如此）。
使用 nice 设置优先级
现在我们可以让 CPU 持续忙碌一段时间，我们了解如何设置进程的优先级。目前我们学到的内容总结如下：
- Linux 和 UNIX® 系统使用有 40 个优先级的优先级系统，范围从 -20（最高优先级）到 19（最低优先级）。
- 常规用户启动的进程优先级一般是 0。
ps命令可以使用-l选项显示优先级（例如，nice 或 NI、level）。nice命令显示我们的默认优先级。
nice 命令还可以用来启动具有不同优先级的进程。使用 -n 或 (--adjustment ) 选项时带一个负值可以增加优先级值，带一个正值将减少优先级值。记住，具有最低优先级值的进程运行时有最高调度优先级，因此可以这样记忆，增加优先级值对于其他进程而言更好（nice） 。注意，您必须是超级用户（根用户）才能调低优先级值。换句话说，常规用户通常只能增加它们的优先级值。
为了演示如何使用 nice 设置优先级，首先同时在不同的 subshell 中启动两个 count1.sh 脚本的副本，但是将其中一个的 nice 值设置为最大值 19。一会儿之后，我们使用 ps -l 显示进程状态，包括 niceness。最后，我们添加任意 30 秒的休眠时间，确保两个 subshell 完成之后命令序列完成。这样一来，我们在等待输出时不会得到新的提示。结果如清单 8 所示。
清单 8. 使用 nice 设置一对进程的优先级
ian@attic4:~$ (sh count1.sh 2000000 A&);(nice -n 19 sh count1.sh 2000000 B&);/
sleep 1;ps -l;sleep 10
>
A Thu Jan 21 14:38:39 EST 2010
B Thu Jan 21 14:38:39 EST 2010
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
0 R 1000 946 1 99 80 0 - 1001 - pts/3 00:00:01 sh
0 R 1000 948 1 99 99 19 - 1001 - pts/3 00:00:01 sh
0 R 1000 952 32408 0 80 0 - 1684 - pts/3 00:00:00 ps
0 S 1000 32408 32407 0 80 0 - 5368 wait pts/3 00:00:02 bash
A Thu Jan 21 14:38:45 EST 2010
B Thu Jan 21 14:38:45 EST 2010
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您对两个作业同时完成感到奇怪吗？我们的优先级设置怎么了？记住，脚本占用了一个 CPU。这个系统运行在 AMD Athlon™ 7750 双核处理器上，它的负载很轻，每个内核运行一个进程，不需要进行优化。
那么，让我们使用 4 个不同的 niceness 水平（0、6、12、18）启动 4 个进程查看会发生什么情况。我们将增加每个进程的忙碌计数参数使之运行的时间更长一些。查看清单 9 之前，请根据您了解的内容，预期一下会发生什么情况。
清单 9. 使用 nice 设置 4 个进程的属性
ian@attic4:~$ (sh count1.sh 5000000 A&);(nice -n 6 sh count1.sh 5000000 B&);/
(nice -n 12 sh count1.sh 5000000 C&);(nice -n 18 sh count1.sh 5000000 D&);/
sleep 1;ps -l;sleep 30
>
>
A Thu Jan 21 16:06:00 EST 2010
C Thu Jan 21 16:06:00 EST 2010
D Thu Jan 21 16:06:00 EST 2010
B Thu Jan 21 16:06:00 EST 2010
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
0 R 1000 1422 1 94 80 0 - 1001 - pts/3 00:00:00 sh
0 R 1000 1424 1 42 86 6 - 1001 - pts/3 00:00:00 sh
0 R 1000 1427 1 56 92 12 - 1001 - pts/3 00:00:00 sh
0 R 1000 1431 1 14 98 18 - 1001 - pts/3 00:00:00 sh
0 R 1000 1435 32408 0 80 0 - 1684 - pts/3 00:00:00 ps
0 S 1000 32408 32407 0 80 0 - 5368 wait pts/3 00:00:02 bash
A Thu Jan 21 16:06:14 EST 2010
B Thu Jan 21 16:06:17 EST 2010
C Thu Jan 21 16:06:26 EST 2010
D Thu Jan 21 16:06:30 EST 2010
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使用 4 个不同的优先级我们发现，每个作业按照优先级顺序完成。请自行尝试不同的 nice 值演示各种可能的情况。
使用 nice 启动进程最后要注意的一点是：使用 nohup 命令时，不能使用命令清单或管道作为 nice 的参数。
更改优先级
renice
如果您正好启动了一个进程，但意识到它应该以不同的优先级运行，那么有一种方法可以在启动之后对其进行更改，即使用 renice 命令。您可以为进程指定一个绝对优先级（不是调整值），进程的更改如清单 10 所示。
清单 10. 使用 renice 更改优先级
ian@attic4:~$ sh count1.sh 10000000 A&
[1] 1537
ian@attic4:~$ A Thu Jan 21 16:17:16 EST 2010
sh count1.sh 1renice 1 1537;ps -l 1537
1537: old priority 0, new priority 1
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
0 R 1000 1537 32408 99 81 1 - 1001 - pts/3 0:13 sh count1.sh 100
ian@attic4:~$ renice +3 1537;ps -l 1537
1537: old priority 1, new priority 3
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
0 R 1000 1537 32408 99 83 3 - 1001 - pts/3 0:18 sh count1.sh 100
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记住，您必须是超级用户才能为进程指定更高的调度优先级，或者说让它们的 nice 值更低。
您可以在手册上找到有关 nice 和 renice 的更多信息。
参考资料
学习
- 使用 学习 Linux，101：LPIC-1 路线图 找到相关的 developerWorks 文章，它们能够帮助您准备基于 2009 年 4 月的考核目标的 LPIC-1 认证考试。
- 在 LPIC Program 站点上可以找到针对 Linux Professional Institute's Linux 系统管理认证的三个级别的详细考核目标、任务列表和样例问题。尤其要查看针对 LPI 考试 101 和 LPI 考试 102 的 2009 年 4 月份考核目标。要经常查看 LPIC Program 站点了解最新的考核目标。
- 在 developerWorks 上查看完整的 LPI 考试准备系列 ，学习 Linux 基础知识并根据 2009 年 4 月份之前的 LPI 考试目标准备系统管理员认证考试。
- 在 “Linux 开发新手基本任务 ”（developerWorks，2005 年 3 月）中了解如何打开终端窗口或 shell 提示符等。
- Linux 文档项目 提供各种有用的文档，尤其是它的 HOWTO 文档。
- 在 developerWorks Linux 专区 寻找为 Linux 开发人员（包括 Linux 新手入门 ）准备的更多参考资料，查阅我们 最受欢迎的文章和教程 。
- 在 developerWorks 上查阅所有 Linux 技巧 和 Linux 教程 。
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