进程优先级
目录
进程优先级是什么？
为什么要由进程优先级？
怎么办？
更改优先级
优先级的极值问题
进程切换
Linux真实调度算法
进程优先级是什么？
优先级是衡量得到某种资源的先后顺序，即进程得到CPU资源的先后顺序
为什么要由进程优先级？
目标资源稀缺，导致需要通过优先级确认谁先谁后的问题
权限和优先级的区别
权限是指是否能得到某种资源，优先级是能得到资源的先后问题
怎么办？
优先级也是一个数字，即int类型，存在task_struct中，值越低表明优先级越高，反之，优先级越低
我们当代Linux或其他大多数的操作系统，都是基于时间片的分时操作系统，而这一类操作系统有一个特点，必须考虑一定的公平性，虽然进程有先有后，但是差别不能过大，即优先级的数据范围不能太大，如果优先级差别过大，会导致某些优先级低的进程得到资源太晚了，因此优先级可能变化，但是变化幅度不能太大
UID
不过，本章的重点，在PRI和NI
PRI：进程优先级，默认值：80
NI：进程优先级的修正数据，nice值，默认值：0
我们说优先级可以修改，修改的就是NI值
进程真实的优先级 = PRI(默认) + NI
更改优先级
按top进入
按r进入修改
输入进程对应的pid
我们把nice值修改为10
我们就把优先级调低了
所以在code当中PRI才是真正的优先级，NI不能叫做优先级，而是叫做优先级的修正值
而当我们再想继续修改进程的nice值时，发现被拒绝了，就只能用sudo来修改了
当我们把nice值改为-10，PRI却变成了70而非90-10 = 80，因此进程真实的优先级 = PRI(默认) + NI，而默认永远都是80，Linux修改优先级，每次都是默认80，然后再做调整的
所以为什么不能调整PRI，而是只能调整NI？
因为这样我们在调整优先级的时候，不用考虑原始PRI为多少，直接按照默认80，来修改NI值即可，不必关心历史值，想改什么改什么。
其他修改nice值的命令
nice -n 5 command上述命令以niceness值5运行command，降低其优先级。数值越大，优先级越低
nice -n -10 command使用负数值提高优先级（需root权限）。
renice 10 -p 1234将PID为1234的进程niceness值改为10。
还可以用函数调用
优先级的极值问题
所以我们把nice值改为-100，我们查一下，发现NI值并没有变成-100，而是变成了-20
nice最小值为-20
我们再把nice改为+100，发现nice值变成了19
nice最大值为19
所以nice值的取值范围为[-20,19]
Linux进程的优先级范围 [60,99] 一共四十个数字
所以为什么优先级范围没有那么大呢？
因为我们已经了解到，Linux有关于修改优先级的系统调用，用户就可能通过恶意修改自己进程的优先级，来尽可能让自己的进程优先得到资源，就会让优先级低的进程，长期得不到CPU的资源，进而导致进程饥饿
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
进程切换
1.死循环进程如何运行
a.一个进程一旦占有CPU，会把自己的代码跑完吗？
不会，除非它的代码很短，或者在一个时间片内跑完了
每一个进程系统都会分配一个时间片的东西
CPU处理一个进程只能先运行一个时间片，然后将其放入调度队列的队尾，再处理下一个进程，等到该进程再回来的时候，再接着执行。
这样就不会出现一个进程死占CPU的情况
b.死循环进程，不会打死系统，因为它不会一直占有CPU
2.CPU，寄存器
1.寄存器就是CPU内部的临时空间
2.寄存器！=寄存器里面的数据
寄存器是空间，寄存器里面的数据是内容，二者并不一样
空间只有一份，而寄存器的内容可以是变化的，多份的
3.如何切换
举一个例子，现在有政策，小明是一个大学生，小明想去当大学生兵，并成功入选了，这时小明不能直接把行李一收拾，直接就跑去当兵了，而是先要去找自己的辅导员，说明情况保留学籍，把目前小明的学习档案交给小明，让其回来后再把档案也带回来。后来，当小明当了一年兵后，回到大学继续学习，小明需要告诉辅导员自己回来了，并把自己之前的学习档案交给学校，做恢复学籍的工作
这里的学校就是CPU
导员就是调度器
小明就是进程
学籍就是进程运行的临时数据,CPU内寄存器里面的内容（当前进程的上下文数据）
保留学籍 是保留上下文数据，CPU内寄存器里面的内容，保存起来
恢复学籍 是恢复上下文数据，保存起来，恢复到CPU内的寄存器里
去当兵：进程被从CPU剥离下来
上面的过程就是完整的一次切换
在操作系统中有一个struct task_struct* current指针是在内核层面的全局指针，永远指向当前进程
也就是说当进程调度的时候，选择进程的时候就会把该进程的地址填写到该指针中，CPU在调度进程时，直接访问该指针中的地址就可以了
进程切换，最核心的，就是保存和恢复当前进程的硬件上下文数据，即CPU内寄存器的内容。
1.所以当前进程要把自己的进程硬件上下文保存起来，保存到哪里了呢？
保存到进程的 task_struct里，TSS（Task State Segment ）任务状态段
2.如何区分全新的进程和已经调度过的进程
在tss中有一个标志位，标志该进程是否调度过
Linux真实调度算法
调度和切换共同构成了调度器
调度器干两件事，一调度，二选择进程
分时操作系统
实时操作系统，一旦来了一个进程，就必须立即响应，并且必须把进程一次处理完，将其处理完成后才能去处理下一个，一般在工业领域应用该系统
比如汽车制造，如果遇到危险了，需要踩刹车，刹车只能由人和系统控制，你肯定不能在汽车中装分时操作系统，前面马上撞车了，系统说不行，我的音乐还没播完，不能刹车。
实时操作系统，当我们驾驶车辆时，传感器发现要撞上了，此时操作系统直接接管，在系统内部生成实时操作系统，直接生成一个实时任务刹车，将其优先级设为最高，此时汽车就会立即执行该动作。
而在我们平常日常生活中，大多都是分时操作系统，总不至于我想玩一会电脑，电脑不让我玩，让我先写代码，那我直接不用这个操作系统了。
一般操作系统在设计时都会有实时操作系统和分时操作系统，只是有些操作系统直接把实时操作系统关掉了
下面看一下结构
从上图中，我们又引发了一个问题
如果我们链入到哈希表中的进程，优先级都很低，它又是从上到下遍历的，是不是效率又会变低呢？所以调度器如何快速的挑选一个进程呢？
可以看到queue上面还有bitmap，bitmap是什么？
bitmap是位图，以比特位来记录该位置是否有进程，它的比特位和哈希表中的slot位置是一一对应的，比特位的内容：1/0，表示是否为空，它为什么是5呢？
因为32*4 = 128 <140 无法一一对应
32*5 = 160
32*6 = 192又多了会导致资源浪费
因此就不用遍历数组了，只需要查看位图就能确定进程
可以以O（1）算法来快速确定进程
这个称为O（1）调度算法
但是这里还有问题
所以呢，仅仅这样设计，是不能满足一个卓越的优先级算法，所以runqueue又想了一个办法，又创建了一个队列
如果在运行期间，来了一个新进程，会将其放到active队列还是expired队列？
应该放到expired队列，让其处于就绪状态
而现在很多操作系统支持分时抢占
比如一个优先级60的，会直接插队，直接链入到active队列里，直接按照优先级抢占资源
其中CPU还有负载和切换次数的两个参数，就是cpu_load,nr_switch，如果有两个CPU，当新来一个进程肯定要分配给，较为闲置的那个CPU，因为这样才能平均分配资源，不能出现一个很忙的cpu，一个很闲的cpu。切换次数越多肯定越忙，负载越大肯定越忙。