Linux：进程优先级与命令行参数
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1.进程优先级
1.1 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，可以大大改善系统整体性能。
我们知道进程在内存中是需要排队的，比如运行队列，等待队列。那排队是干什么的：就是在确认优先级，来确定得到某种资源的先后顺序。为什么要确认优先级，本质就是资源不足。那么操作系统是怎么做到呢？我们下面讲解：
优先级其实就是PCB中的一个 int 字段，数值越小，优先级越大，跟我们的考试排名一样。Linux进程的优先级数值范围：60~99。Linux中默认进程的优先级都是80。
1.2 查看系统进程
我们先编写一段代码
在linux或者unix系统中，用ps -la 命令则会类似输出以下几个内容：
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 and NI：
PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高
那NI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。pri(old) ，都是从80开始的!
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值
nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。nice调整最小是：-20，超过部分统一当成-20。nice调整最大是:19，超过部分统一当成19。
PRI vs NI：
- 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值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修正数据
1.3 修改进程优先级的命令
用top命令更改已存在进程的nice：
- top
- 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值
我们输入进程号讲 nice 改为19
普通用户是没有办法将优先级调大，让PRI减小的。需要使用su换成root，或使用sudo命令。
2.进程间切换
2.1 相关概念
- 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。
因为要并发，所以必定要考虑进程间切换。
每一个进程不是占有CPU就一直运行，每隔一段时间，会自动被操作系统从cpu上剥离下来。Linux内核是支持进程之间进行cpu资源抢占的！是基于时间片的轮转式抢占式内核。
为什么我们函数内定义的栈临时变量，会返回给外部，我们的程序/进程，它怎么知道我们当前运行到哪里里?如何做到函数间跳转? 因为cpu内存在大量寄存器，比如eip是程序计数器或者叫pc，会自动执行我们要执行的下一行代码。我们的进程在运行的时候，是会使用这些寄存器的，我们的进程，会产生各种数据，在寄存器中临时保存。
如果我们有多个进程呢？各个进程在CPU寄存器中形成的临时数据，都应该是不一样的！而cpu内寄存器只有一套，我们如何做到让每个进程使用cpu时能从上次时间片执行到的位置继续执行？我们可以先简单的理解为时间片结束后，cpu寄存器中的数据会先保存到进程PCB中，然后下次执行时先读取PCB中存储的寄存器的数据，然后继续执行，本质就是将CPU寄存器的内容，保存到内存中！
2.2 Linux2.6内核进程调度队列（了解即可）
上图是Linux2.6内核中进程队列的数据结构，之间关系也已经给大家画出来，方便大家理解
一个CPU拥有一个runqueue
- 如果有多个CPU就要考虑进程个数的负载均衡问题
优先级
- 普通优先级：100～139（我们都是普通的优先级，想想nice值的取值范围，可与之对应！）
- 实时优先级：0～99（我们这里不关心）
活动队列
- 时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列
- nr_active: 总共有多少个运行状态的进程
- queue[140]: 一个元素就是一个进程队列，相同优先级的进程按照FIFO规则进行排队调度,所以，数组下标就是优先级！
- 从该结构中，选择一个最合适的进程，过程是怎么的呢？
1. 从0下表开始遍历queue[140]
2. 找到第一个非空队列，该队列必定为优先级最高的队列
3. 拿到选中队列的第一个进程，开始运行，调度完成！
4. 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！
- bitmap[5]：一共140个优先级，一共140个进程队列，为了提高查找非空队列的效率，就可以用 5*32 个比特位表示队列是否为空，即位段，这样，便可以大大提高查找效率！
过期队列
- 过期队列和活动队列结构一模一样
- 过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程，或者是刚到运行对列中的进程。
- 当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进行时间片重新计算
active指针和expired指针
- active指针永远指向活动队列
- expired指针永远指向过期队列
- 可是活动队列上的进程会越来越少，过期队列上的进程会越来越多，因为进程时间片到期时一直都存在的。
- 没关系，在合适的时候，只要能够交换active指针和expired指针的内容，就相当于有具有了一批新的活动进程！
总结
在系统当中查找一个最合适调度的进程的时间复杂度是一个常数，不随着进程增多而导致时间成本增加，我们称之为进程调度O(1)算法
3.命令行参数
命令行参数是什么？
我们看下面一段代码看下面一段代码
- #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;
- }
运行输出：
可以发现main函数是可以传参的，shell 会自动讲命令行输入的一大串字符，按空格分割成小的字串，第一参数argc存命令行字串个数，第二个参数argc是一个指针数组存字串内容。
命令行参数，可以支持各种指令级别的命令行选项的设置！这样就可以理解之前学的指令，选项是什么关系了。
我们来模拟实现一个计算器
- #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个命令行参数，第一个是程序名
- 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;
- }
运行结果：
对于为什么系统命令不用加 ./指定位置 ，而我们写的程序就需要写 ./ ，这就涉及到环境变量了，下一篇文章我们讲解环境变量。
本篇结束！
