Linux：進程優(yōu)先級與命令行參數(shù)

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1.進程優(yōu)先級

1.1 基本概念

1.2 查看系統(tǒng)進程

1.3 修改進程優(yōu)先級的命令

2.進程間切換

2.1 相關(guān)概念

2.2 Linux2.6內(nèi)核進程調(diào)度隊列（了解即可）

3.命令行參數(shù)

1.進程優(yōu)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(yōu)先權(quán)（priority）。
優(yōu)先權(quán)高的進程有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)利。配置進程優(yōu)先權(quán)對多任務(wù)環(huán)境的linux很有用，可以改善系統(tǒng)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(tǒng)整體性能。?

我們知道進程在內(nèi)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(yōu)先級，來確定得到某種資源的先后順序。為什么要確認優(yōu)先級，本質(zhì)就是資源不足。那么操作系統(tǒng)是怎么做到呢？我們下面講解：

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

1.2 查看系統(tǒng)進程

我們先編寫一段代碼

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在linux或者unix系統(tǒng)中，用ps -la 命令則會類似輸出以下幾個內(nèi)容：

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我們很容易注意到其中的幾個重要信息，有下：

UID : 代表執(zhí)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(fā)展衍生而來的，亦即父進程的代號
PRI ：代表這個進程可被執(zhí)行的優(yōu)先級，其值越小越早被執(zhí)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(yōu)先級，或者通俗點說就是程序被CPU執(zhí)行的先后順序，此值越小進程的優(yōu)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(zhí)行的優(yōu)先級的修正數(shù)值

PRI值越小越快被執(zhí)行，那么加入nice值后，將會使得PRI變?yōu)?span style="color:#38d8f0;">：PRI(new)=PRI(old)+nice。pri(old)?，都是從80開始的!

這樣，當(dāng)nice值為負值的時候，那么該程序?qū)?yōu)先級值將變小，即其優(yōu)先級會變高，則其越快被執(zhí)行所以，調(diào)整進程優(yōu)先級，在Linux下，就是調(diào)整進程nice值

nice其取值范圍是-20至19，一共40個級別。nice調(diào)整最小是：-20，超過部分統(tǒng)一當(dāng)成-20。nice調(diào)整最大是:19，超過部分統(tǒng)一當(dāng)成19。

PRI vs NI：

需要強調(diào)一點的是，進程的nice值不是進程的優(yōu)先級，他們不是一個概念，但是進程nice值會影響到進程的優(yōu)先級變化?？梢岳斫鈔ice值是進程優(yōu)先級的修正修正數(shù)據(jù)

1.3 修改進程優(yōu)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

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普通用戶是沒有辦法將優(yōu)先級調(diào)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(guān)概念

競爭性: 系統(tǒng)進程數(shù)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(wù)，更合理競爭相關(guān)資源，便具有了優(yōu)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(fā): 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(nèi)，讓多個進程都得以推進，稱之為并發(fā)。

因為要并發(fā)，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(tǒng)從cpu上剝離下來。Linux內(nèi)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(zhuǎn)式搶占式內(nèi)核。

為什么我們函數(shù)內(nèi)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(dāng)前運行到哪里里?如何做到函數(shù)間跳轉(zhuǎn)? 因為cpu內(nèi)存在大量寄存器，比如eip是程序計數(shù)器或者叫pc，會自動執(zhí)行我們要執(zhí)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(chǎn)生各種數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，都應(yīng)該是不一樣的！而cpu內(nèi)寄存器只有一套，我們?nèi)绾巫龅阶屆總€進程使用cpu時能從上次時間片執(zhí)行到的位置繼續(xù)執(zhí)行？我們可以先簡單的理解為時間片結(jié)束后，cpu寄存器中的數(shù)據(jù)會先保存到進程PCB中，然后下次執(zhí)行時先讀取PCB中存儲的寄存器的數(shù)據(jù)，然后繼續(xù)執(zhí)行，本質(zhì)就是將CPU寄存器的內(nèi)容，保存到內(nèi)存中！

2.2 Linux2.6內(nèi)核進程調(diào)度隊列（了解即可）

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上圖是Linux2.6內(nèi)核中進程隊列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之間關(guān)系也已經(jīng)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(shù)的負載均衡問題

優(yōu)先級

普通優(yōu)先級：100～139（我們都是普通的優(yōu)先級，想想nice值的取值范圍，可與之對應(yīng)?。?/li>
實時優(yōu)先級：0～99（我們這里不關(guān)心）

活動隊列

時間片還沒有結(jié)束的所有進程都按照優(yōu)先級放在該隊列
nr_active: 總共有多少個運行狀態(tài)的進程
queue[140]: 一個元素就是一個進程隊列，相同優(yōu)先級的進程按照FIFO規(guī)則進行排隊調(diào)度,所以，數(shù)組下標就是優(yōu)先級！
從該結(jié)構(gòu)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(yōu)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(diào)度完成！
4. 遍歷queue[140]時間復(fù)雜度是常數(shù)！但還是太低效了！

bitmap[5]：一共140個優(yōu)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(guān)系，在合適的時候，只要能夠交換active指針和expired指針的內(nèi)容，就相當(dāng)于有具有了一批新的活動進程！

總結(jié)

在系統(tǒng)當(dāng)中查找一個最合適調(diào)度的進程的時間復(fù)雜度是一個常數(shù)，不隨著進程增多而導(dǎo)致時間成本增加，我們稱之為進程調(diào)度O(1)算法

3.命令行參數(shù)

?命令行參數(shù)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：?

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可以發(fā)現(xiàn)main函數(shù)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(shù)argc存命令行字串個數(shù)，第二個參數(shù)argc是一個指針數(shù)組存字串內(nèi)容。

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命令行參數(shù)，可以支持各種指令級別的命令行選項的設(shè)置！這樣就可以理解之前學(xué)的指令，選項是什么關(guān)系了。

我們來模擬實現(xiàn)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(shù)，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(jié)果：

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