12 状态优先级

概念

cpu需要执行很多进程，有很多进程排在队列中，每个进程加载后运行一定的时间段，然后切换下一个进程。cpu如何判断进程需不需要加载，什么时候加载，依靠进程的状态和优先级属性来判断，进程调度，就变成了在task_struct的队列中选择一个进程的过程

内核源码

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，需要知道进程的不同状态，一个进程有几个状态，有时候也叫任务

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

新建：新建进程，还没有运行的时候

运行

阻塞：当一个进程被cpu执行时，需要磁盘、网卡、显卡等设备资源就绪才可以，就会进入其他队列等待，等待磁盘等资源就绪的队列就是阻塞队列。**等待非cpu资源就绪就叫做阻塞态。**比如一个scanf函数一直不输入，等待键盘资源，就是阻塞。程序卡死有时候也是等待网卡资源，也有可能是cpu被占用，得不到调度，或操作系统卡死

在这里插入图片描述

挂起：当内存不足的时候，OS通过适当的置换进程的代码和数据到磁盘，进程的状态就叫做挂起
cpu内存不足的时候，会将长时间不执行，还需要等待很长时间资源的进程代码和数据换出到磁盘。也就是电脑的swap分区，是操作系统预先留好的，保证cpu正常的运行，这时候cpu会比较慢。再回来运行时需要把数据拿回来才能正常运行。压力过大电脑会宕机

写一份循环代码，用上节的循环命令不断查看进程状态
在这里插入图片描述

R+的状态就是运行中，接着往循环内加一个printf或者scanf函数，cpu的执行速度是非常快的，大部分时间都是往屏幕打印等待键盘输入等阻塞状态

在这里插入图片描述
S的状态就是阻塞

+的意思是前台程序
**前台进程：**当这个程序运行的时候，输入其他命令就没作用
运行程序后面加一个&符号，表示在后台运行，这个时候就没有+号了

在这里插入图片描述后台进程停止需要发送kill信号，crtl+c没用

退出状态：

有了上面的状态描述，下面逐个解析源码对应的状态：

R运行状态（running）：对应上面的运行态
S睡眠状态（sleeping）：阻塞状态，可中断睡眠
什么是可中断睡眠，运行一个阻塞状态的程序，-l查看所有信号
在这里插入图片描述
发送19号停止信号

进程被强制停止了，也就是睡眠状态还会接受命令，可以被中断

D睡眠状态：深度睡眠，磁盘睡眠，不可被中断，不可以自动唤醒
这个和上面的S状态相反
当服务器压力过大的时候，操作系统会将一些长时间不就绪的进程杀掉，多数为等待硬盘资源就绪的进程，当正准备往硬盘写入数据被杀掉后，就会造成数据丢失。为了防止这种情况，就设置了一种D状态，操作系统遇到这种状态就不会误杀。常用于从硬盘读取数据的场景，只有当硬盘数据就绪完成后，才会改变状态。kill信号也不行，dd命令的进程就是这种状态

T暂停状态: 上面发送了19号信号的进程就是暂停状态
在这里插入图片描述
t调试状态: 暂停状态的一种,正在调试的进程显示的状态(需要程序是debug版才可以调试),打一个断点,运行到断点处

在这里插入图片描述

X终止状态: 瞬时性非常强, 因为有很多进程在运行,需要标注可以回收的进程,很难捕捉到，任务列表李看不到

Z僵尸状态: 一个进程已经退出,不允许被OS释放,处于一个被检测的状态。一般是为了父进程或OS来回收，需要检测运行的结果

#include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <sys/types.h>
  4 
  5 int main()
  6 {
  7     pid_t pid = fork();
  8     if (pid == 0)
  9     {
 10             sleep(3);  
 11     }
 12     else if(pid > 0)                                 
 13     {
 14         while(1)
 15         {
 16             sleep(3);
 17         }  
 18     }      
 19 }

上面的代码子进程三秒后会结束，父进程一直在运行，可以循环查看状态
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

上图是理论状态，字母是具体状态。创建就是进程没运行，fork的子进程如果还没运行就是创建
运行状态，退出或终止就是Z和X状态，阻塞就是S，挂起也是S，看数据在不在内存，不在的话，内存中是挂起，进程状态还是S。状态可以是在上面的很多之间不停转换

僵尸状态

一个比较特殊的状态，进程退出且父进程没有读取到返回代码就会产生僵尸进程
僵尸进程会以终止状态保存在进程表中，并且会一直等待父进程读取退出状态代码
所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取到子进程状态，子进程进入Z状态

僵尸进程危害

进程的推出态必须被维持下去，要告诉关心它的父进程任务完成情况，如果一直不读取，就处于Z状态。进程不退出，PCB一直要维护，一直不回收，就会造成内存资源浪费，后面会详细说明

孤儿状态

父进程提前退出，子进程还在运行，就叫孤儿进程
孤儿进程会被1号进程领养，就是系统的 init进程，系统本身，也会回收

int main()
  6 {
  7     pid_t pid = fork();
  8     if (pid == 0)
  9     {
 10         while(1)       
 11         {        
 12      
 13             sleep(3);
 14         }                                            
 15     }
 16     else if(pid > 0) 
 17     {
 18             sleep(3);
 19             exit(0);
 20            
 21     }                
 22 }

当3秒父进程结束后，子进程的父进程立马变成了1号进程，这时变为后台进程，可以kill杀掉
在这里插入图片描述

为什么要被领养，未来子进程退出的时候父进程不在，需要领养来回收资源

进程优先级

基本概念

cpu资源分配的先后顺序,进程的优先权
优先权高的进程有优先执行的权利,配置进程优先权对多任务环境的linux很有用,可以改善系统性能
还可以吧进程运行到指定的cpu上,可以大大改善系统整体性能

优先级= 老优先级+nice值

运行一个进程,ps -la查看优先级
在这里插入图片描述

UID: 代表执行者的身份
PID: 进程的标识符
PPID: 哪个进程衍生来的,父进程
PRI: 进程的优先级,越小越早执行
NI: 代表nice值

NI是进程可执行优先级的修正数值，意思是可以通过根据这个值来调整优先级
加入nice值后，PRI会变为：PRI（new）=PRI（old）+nice
调整优先级，就是调整nice值
nice取值范围是-20至19，一共40个级别

进程的nice值不是优先级，但是会影响优先级，是修正数据

设置优先级

进入top，按r输入进程pid，回车后输入nice值
在这里插入图片描述
sudo模式设置nice为-100后，变为了60

这是因为每次设置nice值，老的优先级都是从80开始算，最小优先级是-20,80-20就是60
优先级的调整不会太大，nice值范围固定。是为了尽量不打破系统的调度安排，避免恶意占用资源，也为了系统更稳定

其他概念

竞争性：系统进程数目众多，cpu资源少量，所以进程有竞争性，为了高效合理分配资源，有了优先级
独立性：多进程运行，独享各种资源，一个进程崩溃不会影响其他进程。互相不干扰
并行：多个进程在多个cpu下同时运行
并发：进程切换的方式，一段时间内，多个进程都得以推进

每个进程在cpu中运行的时间叫时间片，而这个运行时间并不是固定的，如果运行完毕就会出去。同时，有时高优先级的进程会抢占cpu，低优先级的出让。每个进程都会较为均衡的占用cpu

在这里插入图片描述

一个进程在cpu运行的时候，寄存器内一定保存了进程的临时数据信息，寄存器有可显寄存器，还有电脑内的不可显。这些临时数据就是进程a的上下文数据，进程a被切下来时，需要带走保存自己的上下文数据。为了下次回来的时候，能恢复上去，就能按照之后的逻辑继续执行，就如同没有中断过一样。上下文数据可以有多份，分别对应不同的进程