【Linux】为什么死循环卡不死 Linux？3 个核心逻辑看懂进程优先级与 CPU 调度密码

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文章目录

- [1. 先搞懂：进程优先级到底是啥？](#1. 先搞懂：进程优先级到底是啥？)
- [2. 为啥要有优先级？CPU不够用了！](#2. 为啥要有优先级？CPU不够用了！)
- [3. 实操：怎么看/改优先级？](#3. 实操：怎么看/改优先级？)
- - [3.1 查看优先级：用top命令](#3.1 查看优先级：用top命令)
  - [3.2 改正在运行的进程优先级（top命令内操作）](#3.2 改正在运行的进程优先级（top命令内操作）)
  - [3.3 启动时指定优先级：用nice命令](#3.3 启动时指定优先级：用nice命令)
  - [3.4 注意：优先级不能乱改！](#3.4 注意：优先级不能乱改！)
- [4. 必懂概念：进程的"关系"与"切换"](#4. 必懂概念：进程的“关系”与“切换”)
- - [4.1 4个关键概念：竞争、独立、并行、并发](#4.1 4个关键概念：竞争、独立、并行、并发)
  - [4.2 进程切换：为啥死循环程序不会卡死系统？](#4.2 进程切换：为啥死循环程序不会卡死系统？)
- [5. 再深入：优先级的本质与文件权限](#5. 再深入：优先级的本质与文件权限)
- - [5.1 优先级的本质：一个整数](#5.1 优先级的本质：一个整数)
  - [5.2 进程为啥能访问文件？看"身份"](#5.2 进程为啥能访问文件？看“身份”)
  - [5.3 核心原则：时间片与公平性](#5.3 核心原则：时间片与公平性)
- [6. Linux调度算法：怎么快速选进程？](#6. Linux调度算法：怎么快速选进程？)
- - [6.1 两种操作系统：分时 vs 实时](#6.1 两种操作系统：分时 vs 实时)
  - [6.2 运行队列：140个"格子"](#6.2 运行队列：140个“格子”)
  - [6.3 快速找进程：bitmap位图](#6.3 快速找进程：bitmap位图)
  - [6.4 解决"饥饿"：活跃与过期队列](#6.4 解决“饥饿”：活跃与过期队列)
- 最后总结

1. 先搞懂：进程优先级到底是啥？

简单说，进程优先级就是"谁先用CPU"的排队顺序 。

就像奶茶店点单，加急单（高优先级）比普通单（低优先级）先做，CPU也会优先给高优先级进程分配资源。

2. 为啥要有优先级？CPU不够用了！

电脑里同时跑着微信、浏览器、后台服务等几十上百个进程，但CPU核心就那么几个（比如4核、8核），资源不够分，必须定个"规矩"------这就是优先级的意义。

这里要分清两个容易混的概念：

优先级：有资格用资源，只是"先到后到"（比如都能结账，VIP先结）
权限：有没有资格用资源（比如普通用户不能删系统文件，相当于没资格进"系统文件结账区"）

Linux里用两个值描述优先级：

PRI：基础优先级，所有进程默认都是80
NI（nice值） ：优先级修正值（可以调，但不建议乱改！）
进程真实优先级 = PRI + NI（比如PRI=80，NI=-10，真实优先级就是70，比默认高）

3. 实操：怎么看/改优先级？

3.1 查看优先级：用top命令

在终端输入 top，会显示所有进程的状态，其中：

PR 列：真实优先级
NI 列：nice值

3.2 改正在运行的进程优先级（top命令内操作）

输入 top 进入监控界面
按 R 键（大写），提示"Enter PID to renice:"
输入进程ID（比如示例中的25110），回车
提示"Renice PID 25110 to value:"，输入要调整的NI值（比如我们改-10）

3.3 启动时指定优先级：用nice命令

如果想让程序启动时就带指定优先级，用 nice -n [NI值] 程序命令，比如：

bash 复制代码

# 以NI=5的优先级启动我的程序（真实优先级=80+5=85）
nice -n 5 ./my_application

# 查看效果：用ps命令看NI列
ps -l ./my_application

3.4 注意：优先级不能乱改！

NI值范围被严格限制在 [-20, 19]（-20优先级最高，19最低）
大范围改优先级会打乱系统的"活跃队列"和"过期队列"，可能导致进程调度错误

4. 必懂概念：进程的"关系"与"切换"

4.1 4个关键概念：竞争、独立、并行、并发

竞争：多个进程抢CPU/内存等资源
独立：一个进程崩了不影响其他（比如浏览器崩了，微信还能聊）
并行：多CPU同时跑多个进程（比如8核CPU同时跑8个程序）
并发：1个CPU"轮流"跑多个进程（快速切换，看起来像同时跑）

4.2 进程切换：为啥死循环程序不会卡死系统？

你可能会问：如果一个程序死循环了，会一直占着CPU不放吗？不会！因为有"时间片"------每个进程最多用CPU一小会儿（比如10毫秒），到点就"换人"。

切换时要做两件事：

存数据 ：当前进程的临时数据（存在CPU寄存器里），要保存到进程的"档案袋"（内核里的 struct task_struct 结构体）
- 简单说：寄存器是CPU的"小本本"，记临时数据；切换时要把"小本本"内容抄到"档案袋"里
读数据：从下一个进程的"档案袋"里，把数据读回CPU寄存器，让它继续跑