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前言
这篇文章我们来认识一下孤儿进程与进程优先级切换调度，接下来来跟随小编的视角来学习一下吧
let's go!!!!!!!!
Part1. 孤儿进程
父进程先于子进程死亡，子进程就变成孤儿进程。
1. 孤儿进程会被pid=1的init/systemd进程领养，成为init的子进程。
2. 为什么需要领养？
如果不领养，当子进程退出之后，没有父进程回收，孤儿进程就会变成僵尸进程，持续占用PCB资源。3. 领养之后，init进程作为父进程，会自动回收孤儿进程退出后的资源。
4. 孤儿进程会自动变为后台进程：ctrl + c无法杀死，只能使用kill -9 pid杀掉。
Part2. 进程优先级
Part2.1. 概念
进程优先级决定进程获取CPU资源的先后顺序。
CPU资源是有限的，优先级高的进程，优先拿到CPU时间片。
Linux中优先级由两个数值表示：
• PRI：进程真实优先级，默认80，数值越小，优先级越高。
• NI(nice值)：优先级修正数据。
真实优先级公式：PRI = 80 + nice
nice取值范围：‑20 ~ 19
对应真实PRI优先级范围：60 ~ 99
注意：nice值越小，代表修正越高，最终PRI越小，进程优先级越高。
Part2.2. 修改进程优先级
方式1：top命令
1. 输入top进入工具
2. 按下r
3. 输入目标进程pid
4. 输入要设置的nice值
方式2：命令行 nice / renice
# 启动进程时直接设置nice，x为nice值，y为程序名
nice -n x y# 修改已经运行进程的nice，x为nice值，y为pid
renice x -P y
Part2.3. 系统API修改优先级
// 获取优先级 int getpriority(int which, id_t who); /* which: PRIO_PROCESS：按进程pid； PRIO_PGRP：按进程组； PRIO_USER：按用户uid； who：对应id，填0代表当前自身 */ // 设置优先级，prio就是nice值 int setpriority(int which, int who, int prio);普通用户只能降低优先级（nice变大）；root用户可以随意修改到‑20最高优先级。
p.s. 优先级不能差距拉得太大，操作系统兼顾公平性，高优先级只是获取更多时间片，不会完全霸占CPU。
Part2.4. UID
操作系统看用户，依靠UID（ls -ln可以查看）。
子进程继承父进程的UID；UID代表进程属于哪个用户。
Linux内核依靠UID做权限校验，控制进程访问资源。
Part3. 时间片、进程切换
Part3.1. 并行与并发
• 并发：多个进程快速切换，单个CPU，交替执行多个进程。每个进程拿到一小段CPU时间片。
• 并行：多个CPU核心，多个进程同时真正运行。
p.s. 多核CPU才存在并行；单核CPU只有并发。
Part3.2. 进程切换机制
CPU不会把一个进程执行完毕才切换。操作系统分配时间片，给每一个进程一小段CPU执行时间。
时间片耗尽，触发时钟中断，保存当前进程上下文，切换到另外一个进程。
Part3.3. 进程上下文
CPU内部寄存器集合，保存当前进程运行现场：程序计数器、通用寄存器等。
进程被切出去的时候，把寄存器现场保存到TSS任务状态段；当进程再次被调度回来，把现场恢复到寄存器，从上一次中断位置继续运行。
上下文就是进程运行的全部硬件现场，没有上下文，进程就无法继续执行。
Part4. Linux O(1)调度器原理
Linux经典O(1)调度器，每一个优先级对应一条调度队列。
Part4.1. 调度队列结构
1. 一共140个优先级，0~139，对应queue[140]数组。数组每一个元素，是一条双向链表，存放对应优先级的进程（task_struct）。
2. 维护两个位图bitmap[140/8]，一共140bit。每一个bit代表对应优先级链表是否存在就绪进程。bit置1代表该优先级队列里面有就绪进程。
3. 两套调度结构体：active（活跃队列，还没消耗完时间片）、expired（过期队列，时间片耗尽）。
◦ active：存放还拥有剩余时间片，可以继续调度运行的进程。
◦ expired：进程时间片用完，放入expired队列，等待所有active进程全部调度完毕，再交换两个队列。
4. nr_active：记录active队列里面总就绪进程数量。
Part4.2. O(1)找到最高优先级进程
1. 读取bitmap位图，找最低的置1的bit位，这个bit下标就是当前最高就绪优先级。
2. 通过下标，直接访问queue[优先级]链表，取出链表头部进程，送入CPU运行。
p.s. 找最高优先级只需要一次位运算，时间复杂度O(1)，所以叫O(1)调度器。
Part4.3. 调度流程
1. 通过bitmap找到最高优先级；
2. 将该优先级链表头部进程摘出来，交给CPU执行；
3. 进程时间片耗尽，把进程放入expired过期队列；
4. 不断重复调度，直到nr_active == 0，active队列全部进程时间片耗尽；
5. 交换active与expired结构体指针，expired直接变成新的active队列，继续调度。
why: 为什么修改nice值，不去直接修改PRI
运行中的进程，修改NI(nice)，不修改当前正在使用的PRI。不会立刻把进程挪动队列。
等到该进程时间片耗尽，进入expired队列的时候，再重新计算新PRI，放入对应优先级链表。避免调度过程中打乱队列。
p.s. 补充负载均衡
多CPU环境，每个CPU都拥有自己一套独立的active/expired调度结构体。
调度器会统计各个CPU的负载load，在多个CPU之间迁移进程，平衡各个CPU的任务数量。
Part5. 结语
这篇文章我们认识并知道了孤儿进程与进程优先级切换调度，接下来，小编还会带来更多Linux相关的知识，敬请期待~
最后，祝大家可以：春风得意马蹄疾，一日看尽长安花！
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转载自 CSDN-专业IT技术社区
原文链接：https://blog.csdn.net/2501_93971468/article/details/164187820
