Linux（五）：进程优先级

摘要：什么是进程优先级， Linux中如何修改进程优先级（nice值）

一、什么是进程优先级 · what

进程优先级（Priority）：多个进程申请资源的请求已通过权限校验后，决定它们获取资源先后顺序的指标。

概念区分：权限与优先级。

• 权限（Permission）：决定“能不能获得某种资源”。例如，普通用户进程无权访问内核态内存，这是权限层面的限制，与优先级无关。
• 优先级（Priority）：决定“能获得资源的情况下，何时获得”。当多个进程都有权限使用CPU时，优先级高的进程会先被调度。

权限是“资格”问题，优先级是“顺序”问题。

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二、为什么需要进程优先级 · Why

优先级存在根本原因：系统资源是有限的。

无论是CPU、内存、I/O设备等，都无法同时满足所有进程的需求。例如，单核CPU同一时间只能运行一个进程，当有多个进程处于就绪状态时，必须通过某种规则决定哪个进程先运行——优先级就是最常用的规则。

没有优先级机制，系统可能陷入“无序调度”：关键进程（如系统服务）可能被非关键进程（如后台下载）阻塞，导致系统响应变慢甚至崩溃。

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三、进程优先级如何实现 · How

进程控制块（PCB）中包含了描述进程状态的所有信息，其中有专门用于表示优先级的整数字段。

通常，这个字段的数值越小，优先级越高。例如，优先级为10的进程会比优先级为20的进程更早获得CPU资源。

不同操作系统对优先级的实现细节不同。

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四、Linux中的进程优先级

1. 优先级数值：PRI

PRI是进程实际的优先级数值，直接决定了调度顺序：

• 范围：60~90，共40个等级（数值越小，优先级越高）。
• 默认值：新进程创建时，默认PRI为80。

例如，PRI=60的进程优先于PRI=70、PRI=80的进程获得CPU。

2. 查看进程优先级：ps -la

要查看系统中进程的PRI，可以使用ps -la命令。该命令的输出中，PRI列即为进程的优先级数值。

示例输出（截取部分）：

F S   UID   PID  PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
0 S     0   123   101  0  80   0 -  1234 wait   pts/0    00:00:00 bash
0 R     0   456   123  2  75  -5 -  5678 -      pts/0    00:00:01 top

• PRI列的80、75即为对应进程的优先级数值。
• NI列为nice值。

3. ✍修改进程优先级：通过nice值调整

Linux中，进程的实际PRI并非固定不变，而是通过nice值 （优先级修正值） 动态调整，公式为： PRI = PRI(默认值) + nice

默认PRI为80，即为：PRI = 80 + nice。

（1）nice值的特性

• 范围：-20~19（整数）。
  若输入超出范围的值，系统会自动截断（如输入20会被当作19，输入-21会被当作-20）。
• 作用：nice值越小（越负），PRI越小，进程优先级越高；反之，nice值越大，PRI越大，优先级越低。

（2）修改优先级的步骤（以top命令为例）

1. 提升权限：修改优先级需要管理员权限，通过su切换到root用户，或用sudo top启动top工具。
2. 启动进程管理器：输入top命令。
3. 触发优先级修改：在top界面中输入r（renice的缩写）。
4. 输入进程PID：根据提示输入需要修改的进程的PID（PID，可从top或ps命令中获取）。
5. 输入nice值：提示“Renice PID xxxx to value”时，输入目标nice值（如-5、10等）。
6. 退出top：输入q退出进程管理器。

（3）注意事项

• 权限限制：普通用户只能调低进程优先级（即增大nice值，如从0→5），不能调高（即减小nice值，如从0→-5）；只有管理员可以调高优先级。
• 范围限制：nice值强制限制在-20~19，避免优先级过高的进程长期占用资源。
• 谨慎操作：①随意修改系统关键进程（如systemd）的优先级可能导致系统不稳定，非必要情况不建议修改；② 过度调高某一进程的优先级可能导致其他进程饥饿，需谨慎使用。

4. 为什么要限定优先级范围？

Linux将PRI限制在60 ~ 90（对应nice值-20 ~ 19），核心目的是避免“进程饥饿”。

• 进程饥饿：指低优先级进程因长期被高优先级进程抢占资源，导致迟迟无法获得CPU调度的现象。
• 均衡调度：通过限定优先级范围，即使高优先级进程存在，低优先级进程也能在一定时间内获得调度机会（操作系统会通过时间片轮转等机制补充调节），保证系统整体的稳定性。

5. 进程优先级相关命令

除了top，Linux还提供了多个直接操作优先级的命令：

• nice：启动进程时指定nice值（设置初始优先级）。
  示例：nice -n 5 ./myprogram（以nice=5启动程序，初始PRI=85）。
• renice：直接修改已有进程的nice值（无需进入top）。
  示例：sudo renice -5 1234（将PID=1234的进程nice值改为-5，PRI=75）。
• getpriority：获取进程的优先级（编程接口，需在C语言中调用）。

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五、与进程优先级相关的概念

1. 竞争关系与独立性

• 竞争关系：多个进程因争夺同一资源（如CPU、内存）而产生的相互影响，优先级是解决竞争的核心手段。
• 独立性：进程间拥有独立的地址空间和资源，优先级调度不会打破进程的独立性（即一个进程的崩溃不会直接影响其他进程）。

2. 并行与并发

• 并行（Parallelism）：多个CPU核心同时运行多个进程（微观上真正“同时”），此时优先级决定每个核心上运行哪个进程。
• 并发（Concurrency）：通过进程切换（上下文切换），让多个进程在同一CPU上交替运行（宏观上“同时”，微观上交替）。优先级决定了切换的顺序——高优先级进程会更频繁地获得CPU时间。

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