Linux:进程优先级

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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。

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,有可能改善系统整体性能。

查看进程优先级

我们可以使用ps -l查看进程信息:

我们很容易注意到其中的几个重要信息,有下:

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

PRI & NI

PRI是比较好理解的,即进程的优先级,或者说就是程序被CPU执行的先后顺序,此值越小,进程的优先级别越高。

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

nice其取值范围是[-20,19),一共40个级别。

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数据。

更改优先级

我们可以使用top命令更改已存在进程的nice值,来更改程序的优先级。

我们编写以下程序:

编译并执行:

然后我们在另一个账户查看此进程信息:

我们可以看到该进程的PRI是80,NI是0。

我们执行top指令,打开资源管理器:

然后按r,会提醒我们输入想要改变优先级的进程的PID

输入PID后,回车,输入想要修改的NI值,回车并q退出。

这时我们再查看进程的优先级信息:

可以看到PID变成了 80 + NI

需要注意:我们每一此调整程序的优先级,都会从默认优先级调整,而不是当前优先级。

比如,我们像这样再修改该进程的优先级:

进程的优先级会被调整为 80 + 5 ,而不是 90 + 5:

另外一个需要注意的是:如果我们输入的NI值大于19或小于-20,会按照19或-20来调整。

Linux中进程优先级的实现原理

在之前我们提到,处于运行状态的进程的PCB会进入运行队列,链接在CPU结构体对象中,CPU挨个执行进程。

下图是Linux2.6内核中进程队列的数据结构:

一个CPU有一个runqueue,如果有多个CPU就要考虑进程个数的负载均衡问题。

我们所对应的优先级[60,99]在运行时会转换成[100,139]。

进程在进程优先级队列当中是从上往下,从左往右进行调度的,当runing中的进程被调度完之后,通过指针交换来继续调度waiting中的进程,以此循环,就构成了我们所看到的优先级队列。

其中还有一个位图bitmap,大小为五个整形元素,占有160个比特位,用来表示队列中140个位置上还有没有进程。这样可以快速判断某个优先级的进程是否运行完。

运行完的进程会进入等待队列,等全部进程都进入等待队列后,等待队列会变为活跃队列,原来的活跃队列变为等待队列。

上下文

CUP中有大量寄存器,进程会将数据交给寄存器进行计算,如果程序运行结束或时间片到了,该运行其他程序了,那么寄存器中的数据就会被全部写入该进程的PCB中,等再次运行到此进程时,再将PCB中存储的寄存器数据覆盖寄存器原来的数据进行计算。

CPU中存储的所有临时数据,叫做硬件上下文

当一个进程从CPU中离开,会把所有的硬件上下文都拷贝走,存储在PCB中,这个过程叫做保护上下文

`中存储的寄存器数据覆盖寄存器原来的数据进行计算。

CPU中存储的所有临时数据,叫做硬件上下文

当一个进程从CPU中离开,会把所有的硬件上下文都拷贝走,存储在PCB中,这个过程叫做保护上下文

而当一个进程被再次调度的时候,又会把自己的数据写入CPU中,覆盖原始的寄存器中的数据,这个过程叫做恢复上下文

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