Linux：進程優先級與命令行參數

1.進程優先級

1.1 基本概念

1.2 查看系統進程

1.3 修改進程優先級的命令

2.進程間切換

2.1 相關概念

2.2 Linux2.6內核進程調度隊列（了解即可）

3.命令行參數

1.進程優先級

1.1 基本概念

cpu資源分配的先后順序，就是指進程的優先權（priority）。
優先權高的進程有優先執行權利。配置進程優先權對多任務環境的linux很有用，可以改善系統性能。
還可以把進程運行到指定的CPU上，這樣一來，把不重要的進程安排到某個CPU，可以大大改善系統整體性能。?

我們知道進程在內存中是需要排隊的，比如運行隊列，等待隊列。那排隊是干什么的：就是在確認優先級，來確定得到某種資源的先后順序。為什么要確認優先級，本質就是資源不足。那么操作系統是怎么做到呢？我們下面講解：

優先級其實就是PCB中的一個 int 字段，數值越小，優先級越大，跟我們的考試排名一樣。Linux進程的優先級數值范圍：60~99。Linux中默認進程的優先級都是80。

1.2 查看系統進程

我們先編寫一段代碼

在linux或者unix系統中，用ps -la 命令則會類似輸出以下幾個內容：

我們很容易注意到其中的幾個重要信息，有下：

UID : 代表執行者的身份
PID : 代表這個進程的代號
PPID ：代表這個進程是由哪個進程發展衍生而來的，亦即父進程的代號
PRI ：代表這個進程可被執行的優先級，其值越小越早被執行
NI ：代表這個進程的nice值

PRI and NI：

PRI也還是比較好理解的，即進程的優先級，或者通俗點說就是程序被CPU執行的先后順序，此值越小進程的優先級別越高

那NI就是我們所要說的nice值了，其表示進程可被執行的優先級的修正數值

PRI值越小越快被執行，那么加入nice值后，將會使得PRI變為：PRI(new)=PRI(old)+nice。pri(old)?，都是從80開始的!

這樣，當nice值為負值的時候，那么該程序將會優先級值將變小，即其優先級會變高，則其越快被執行所以，調整進程優先級，在Linux下，就是調整進程nice值

nice其取值范圍是-20至19，一共40個級別。nice調整最小是：-20，超過部分統一當成-20。nice調整最大是:19，超過部分統一當成19。

PRI vs NI：

需要強調一點的是，進程的nice值不是進程的優先級，他們不是一個概念，但是進程nice值會影響到進程的優先級變化。可以理解nice值是進程優先級的修正修正數據

1.3 修改進程優先級的命令

用top命令更改已存在進程的nice：

top
進入top后按“r”–>輸入進程PID–>輸入nice值

我們輸入進程號講 nice 改為19

普通用戶是沒有辦法將優先級調大，讓PRI減小的。需要使用su換成root，或使用sudo命令。?

2.進程間切換

2.1 相關概念

競爭性: 系統進程數目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個，所以進程之間是具有競爭屬性的。為了高效完成任務，更合理競爭相關資源，便具有了優先級。
獨立性: 多進程運行，需要獨享各種資源，多進程運行期間互不干擾。
并行: 多個進程在多個CPU下分別，同時進行運行，這稱之為并行。
并發: 多個進程在一個CPU下采用進程切換的方式，在一段時間之內，讓多個進程都得以推進，稱之為并發。

因為要并發，所以必定要考慮進程間切換。

每一個進程不是占有CPU就一直運行，每隔一段時間，會自動被操作系統從cpu上剝離下來。Linux內核是支持進程之間進行cpu資源搶占的！是基于時間片的輪轉式搶占式內核。

為什么我們函數內定義的棧臨時變量，會返回給外部，我們的程序/進程，它怎么知道我們當前運行到哪里里?如何做到函數間跳轉? 因為cpu內存在大量寄存器，比如eip是程序計數器或者叫pc，會自動執行我們要執行的下一行代碼。我們的進程在運行的時候，是會使用這些寄存器的，我們的進程，會產生各種數據，在寄存器中臨時保存。

如果我們有多個進程呢？各個進程在CPU寄存器中形成的臨時數據，都應該是不一樣的！而cpu內寄存器只有一套，我們如何做到讓每個進程使用cpu時能從上次時間片執行到的位置繼續執行？我們可以先簡單的理解為時間片結束后，cpu寄存器中的數據會先保存到進程PCB中，然后下次執行時先讀取PCB中存儲的寄存器的數據，然后繼續執行，本質就是將CPU寄存器的內容，保存到內存中！

2.2 Linux2.6內核進程調度隊列（了解即可）

上圖是Linux2.6內核中進程隊列的數據結構，之間關系也已經給大家畫出來，方便大家理解

一個CPU擁有一個runqueue

如果有多個CPU就要考慮進程個數的負載均衡問題

優先級

普通優先級：100～139（我們都是普通的優先級，想想nice值的取值范圍，可與之對應！）
實時優先級：0～99（我們這里不關心）

活動隊列

時間片還沒有結束的所有進程都按照優先級放在該隊列
nr_active: 總共有多少個運行狀態的進程
queue[140]: 一個元素就是一個進程隊列，相同優先級的進程按照FIFO規則進行排隊調度,所以，數組下標就是優先級！
從該結構中，選擇一個最合適的進程，過程是怎么的呢？

1. 從0下表開始遍歷queue[140]
2. 找到第一個非空隊列，該隊列必定為優先級最高的隊列
3. 拿到選中隊列的第一個進程，開始運行，調度完成！
4. 遍歷queue[140]時間復雜度是常數！但還是太低效了！

bitmap[5]：一共140個優先級，一共140個進程隊列，為了提高查找非空隊列的效率，就可以用 5*32 個比特位表示隊列是否為空，即位段，這樣，便可以大大提高查找效率！

過期隊列

過期隊列和活動隊列結構一模一樣
過期隊列上放置的進程，都是時間片耗盡的進程，或者是剛到運行對列中的進程。
當活動隊列上的進程都被處理完畢之后，對過期隊列的進程進行時間片重新計算

active指針和expired指針

active指針永遠指向活動隊列
expired指針永遠指向過期隊列
可是活動隊列上的進程會越來越少，過期隊列上的進程會越來越多，因為進程時間片到期時一直都存在的。
沒關系，在合適的時候，只要能夠交換active指針和expired指針的內容，就相當于有具有了一批新的活動進程！

總結

在系統當中查找一個最合適調度的進程的時間復雜度是一個常數，不隨著進程增多而導致時間成本增加，我們稱之為進程調度O(1)算法

3.命令行參數

?命令行參數是什么？

我們看下面一段代碼看下面一段代碼

#include <stdio.h>    
#include <string.h>    
#include <stdlib.h>    
int main(int argc, char *argv[])    
{    int i = 0;for(;i<argc;i++){printf("%d: %s\n",i, argv[i]);}printf("hello world\n");return 0;
}

運行輸出：?

可以發現main函數是可以傳參的，shell 會自動講命令行輸入的一大串字符，按空格分割成小的字串，第一參數argc存命令行字串個數，第二個參數argc是一個指針數組存字串內容。

命令行參數，可以支持各種指令級別的命令行選項的設置！這樣就可以理解之前學的指令，選項是什么關系了。

我們來模擬實現一個計算器

#include <stdio.h>    
#include <string.h>    
#include <stdlib.h>    
int main(int argc, char *argv[])    
{    if(argc != 4)      {      printf("Use error\nUsage: %s op[-add|sub|mul|div] d1 d2\n",argv[0]);      return 1;      }      // 你的程序一定有4個命令行參數，第一個是程序名      int x = atoi(argv[2]);      int y = atoi(argv[3]);      if(strcmp(argv[1],"-add")==0)      {      int result = x+y;      printf("%d+%d=%d\n",x,y,result);      }      else if(strcmp(argv[1],"-sub")==0)      {      int result = x-y;      printf("%d-%d=%d\n",x,y,result);      }      else if(strcmp(argv[1],"-mul")==0)      {      int result = x*y;      printf("%d*%d=%d\n",x,y,result);                                                                                                       }  else if(strcmp(argv[1],"-div")==0)      {      if(0==y)      {printf("%d/%d=error! div zero\n",x,y);}else {int result = x/y;printf("%d/%d=%d\n",x,y,result);}}else {printf("Use error,you should use the right command line\nUsage: %s op[-add|sub|mul|div] d1 d2\n",argv[0]);}return 0;
}

?運行結果：