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Linux進程優(yōu)先級調(diào)度機制解析
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在Linux操作系統(tǒng)中，進程優(yōu)先級調(diào)度是一個重要的概念，它決定了系統(tǒng)中哪些進程應該獲得CPU的執(zhí)行時間，本文將對Linux進程優(yōu)先級調(diào)度機制進行詳細的解析。
1、進程優(yōu)先級概述
Linux系統(tǒng)中的進程優(yōu)先級分為兩種：靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級，靜態(tài)優(yōu)先級是由進程創(chuàng)建者在創(chuàng)建進程時指定的，而動態(tài)優(yōu)先級則是由內(nèi)核根據(jù)進程的行為和狀態(tài)自動調(diào)整的。
2、靜態(tài)優(yōu)先級
靜態(tài)優(yōu)先級的范圍是099，其中0表示最高優(yōu)先級，99表示最低優(yōu)先級，靜態(tài)優(yōu)先級可以通過nice命令來調(diào)整，以下命令將當前進程的靜態(tài)優(yōu)先級提高10：
nice n 10 ./my_program
需要注意的是，只有超級用戶（root）才能將進程的靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)整到低于0的值。
3、動態(tài)優(yōu)先級
Linux內(nèi)核使用一個名為nice的值來表示進程的動態(tài)優(yōu)先級。nice值的范圍也是099，與靜態(tài)優(yōu)先級相同，當一個進程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或被其他進程搶占時，內(nèi)核會根據(jù)當前的nice值來調(diào)整其優(yōu)先級。
內(nèi)核會維護一個名為niceness的全局變量，用于表示系統(tǒng)中所有進程的平均nice值，當一個新的進程被創(chuàng)建時，它的nice值會被設置為其父進程的nice值加上5，這樣，新創(chuàng)建的進程的優(yōu)先級就會比父進程略高一些。
4、進程調(diào)度算法
Linux內(nèi)核使用了一種稱為“完全公平排隊”（Completely Fair Queueing，CFQ）的進程調(diào)度算法，CFQ算法會根據(jù)進程的nice值來調(diào)整其運行時間，具體來說，CFQ會給nice值為負數(shù)的進程分配更多的CPU時間，而給nice值為正數(shù)的進程分配較少的CPU時間。
CFQ算法還會考慮進程的運行時間、I/O等待時間和虛擬內(nèi)存頁面交換次數(shù)等因素，以確保系統(tǒng)中的所有進程都能獲得公平的CPU資源。
5、相關命令和工具
在Linux系統(tǒng)中，可以使用以下命令和工具來查看和調(diào)整進程的優(yōu)先級：
ps命令：顯示系統(tǒng)中所有進程的狀態(tài)信息，包括靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級。
top命令：實時顯示系統(tǒng)中所有進程的狀態(tài)信息，包括CPU使用率、內(nèi)存使用率和進程優(yōu)先級等。
renice命令：調(diào)整指定進程的動態(tài)優(yōu)先級，以下命令將進程ID為12345的進程的動態(tài)優(yōu)先級降低10：
renice +10 p 12345
ionice命令：調(diào)整指定進程的I/O優(yōu)先級，以下命令將進程ID為12345的進程的I/O優(yōu)先級設置為7（最高優(yōu)先級）：
ionice c 3 p 12345
taskset命令：設置指定進程中某個CPU核心的親和性，以下命令將進程ID為12345的進程綁定到CPU核心0上：
taskset 0x01 12345
6、相關問題與解答
問題1：如何查看當前用戶的默認靜態(tài)優(yōu)先級？
答：可以使用以下命令查看當前用戶的默認靜態(tài)優(yōu)先級：
cat /etc/security/limits.conf | grep "user|soft|nproc" | awk '{print $2}' | cut d '=' f 2 | sort u | uniq c | sort nr | head n 1 | awk '{print $2}'
問題2：如何查看指定進程的靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級？
答：可以使用以下命令查看指定進程的靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級：
ps o nice,pid p [process_id] # 查看靜態(tài)優(yōu)先級和進程ID cat /proc/[process_id]/stat | grep "^Sched:" # 查看動態(tài)優(yōu)先級（nice值）
問題3：如何將指定進程的動態(tài)優(yōu)先級設置為最高？
答：可以使用以下命令將指定進程的動態(tài)優(yōu)先級設置為最高：
renice +19 p [process_id] # 將動態(tài)優(yōu)先級設置為最高（范圍為20到19）
問題4：如何使用CFQ算法對進程進行調(diào)度？
答：Linux內(nèi)核默認使用的就是CFQ算法進行進程調(diào)度，無需額外操作，系統(tǒng)會自動根據(jù)進程的動態(tài)優(yōu)先級和其他因素來調(diào)度進程。
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