【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？
- 2. 为啥要有优先级？CPU不够用了！
- 3. 实操：怎么看/改优先级？
- 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）
- 3.3 启动时指定优先级：用nice命令
- 3.4 注意：优先级不能乱改！
- 4. 必懂概念：进程的“关系”与“切换”
- 4.1 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？
- 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
- 5.2 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
- 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
- 6.2 运行队列：140个“格子”
- 6.3 快速找进程：bitmap位图
- 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：
# 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
还有个关键：内核里有个 struct task_struct* current 指针，永远指向正在跑的进程，就像“当前值班人员名牌”。
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
进程的优先级，其实是 struct task_struct 里的一个整数——值越低，优先级越高（比如70比80优先级高）。
5.2 进程为啥能访问文件？看“身份”
Linux里，所有资源访问都是“进程替用户干的”——进程的“身份”（用户ID、组ID）和文件的权限（所有者、所属组、其他用户）匹配，才能访问。
5.3 核心原则：时间片与公平性
现在的操作系统都是“时间片调度”，核心是公平——哪怕是低优先级进程，也不会永远没机会用CPU。
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
- 分时系统：我们日常用的（Windows、Linux桌面版），多个程序轮流用CPU，保证公平
- 实时系统：工业/关键场景用的（比如新能源汽车刹车系统），进程来了必须立刻跑，不能等
大部分Linux系统两种模式都有，只是实时模式默认隐藏。
6.2 运行队列：140个“格子”
每个CPU对应一个“运行队列”（runqueue），里面有140个“格子”（队列），按优先级分：
- 0~99号：实时进程（优先级高，必须立刻跑）
- 100~139号：普通进程（我们日常用的程序）
这140个队列本质是个“哈希表”——按优先级把进程分到对应的格子里，找起来快。
6.3 快速找进程：bitmap位图
调度器怎么在140个格子里快速找到“有进程的最高优先级格子”？用bitmap（位图）：
- 每个格子对应一个“比特位”（0或1）
- 比特位=1：这个格子有进程；比特位=0：没进程
- 扫一遍位图，瞬间就能找到最高优先级的进程（这就是“O(1)调度算法”——不管多少进程，找的速度都一样快）
6.4 解决“饥饿”：活跃与过期队列
如果高优先级进程一直有，低优先级进程会不会“饿死”（永远没机会）？不会！调度器用了两个队列：
- 活跃队列：当前能被调度的进程
- 过期队列：用完时间片的进程
等活跃队列里的进程都跑过一轮，就执行 swap(&active, &expired)（交换两个队列的角色），让过期队列里的进程变成“活跃”，保证每个进程都有机会。
另外，Linux分时系统支持“内核优先级抢占”——如果来了更高优先级的进程，能立刻“打断”当前进程，保证高优先级任务及时执行。
最后总结
Linux进程调度的核心逻辑很简单：
- 用“优先级”定排队顺序，解决CPU不够用的问题；
- 用“时间片”和“活跃/过期队列”保证公平，不让进程“饿死”；
- 用“bitmap”和“140个队列”快速找进程，保证调度效率。
记住：日常用不用深扒内核，但知道“别乱改NI值”“死循环程序不会卡死系统”这些点，就能更好地管理Linux程序啦～