进程部分基础概念
- 进程
是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配的基本单位。线程作为进程的细分，是系统任务调度的最小单位。
- 进程的状态
三种基本状态。运行-就绪-阻塞。Linux中还分的更细，有挂起态、僵死态等，不过总体还是能归为基础三态。
- 两类进程
普通进程：用户的可以创建额进程，采用动态优先级来调度，周期性修改优先级；
实时进程：用户不能创建，由内核创建的进程，优先级预先指定不会改变。
- 进程的抢占
有的调度器开启了抢占，有的禁用了抢占。抢占就是指进程运行时，剥夺了其CPU使用权。出现抢占的两种情况：时间片用完了或出现了优先级更高的进程。内核抢占，理想情况只要出现优先级更高的进程就会立即抢占cpu，但实际上内核中有很多临界区，不可能随时随地抢占。
进程的PCB
为了在计算机中更好的描述进程，一个进程不仅仅包含了程序运行的信息，还有一个PCB头部，包含了进程的基本信息和用于调度的信息。Linux中的进程PCB结构体称为task_struct。该结构主要元素如下：
pid：进程的唯一标识，id号；
state：进程的状态，指示进程是在运行还是阻塞等；
policy：调度策略，主要有5种；
rt_priority：用于保存实时优先级；
static_prio：用于保存静态优先级，与nice值相关，系统提供了修改nice的接口，因此可以修改；
normal_prio：用于统一静态优先级和实时优先级；
prio：用于保存动态优先级；
nice：进程的基本时间片，用于修改静态优先级；
还有很多其他的信息，如时间数据，用于记录生存周期；进程通信有关信息，关于锁和能收到什么信号等；进程关系信息，父子关系记录；地址内存信息，上下文信息，进程队列指针信息等等，可以找到该结构体源码阅读一下。
进程的优先级
linux中的优先级用数字分成140档，分别是0-139，数字越小，代表优先级越高。其中0-99分给实时进程使用，100-139分给普通进程使用。进程PCB中定义了一个常量MAX_RT_PRIO=100。进程的优先级可以分为三种，其中静态优先级和动态优先级都是普通进程的优先级，
- 实时进程优先级：rt_priority，它和普通的优先级不同，它是值越大优先级越高。因为所有的进程都要在一起调度，因此需要统一为数字小优先级高。上面提到的normal_prio就是为了解决这个问题，具体的实现没有研究，大概知道这个细节就好了。
- 静态优先级：static_prio，普通进程的初始优先级。可以通过nice值改变，nice的范围为[-20，19]，默认不修改nice=0，nice越大，说明进程心地越善良，所以优先级越低。计算方法：static_prio=MAX_RT_PRIO+nice+20;
- 动态优先级：随着程序的执行，可能有中断，有等待其他情况，我们需要动态的调整普通进程的优先级。动态优先级计算方法：prio = max (100, min (static_prio - bonus + 5, 139)) bonus=0~10，用于系统调整优先级。系统根据进程进入睡眠的时间来调整bonus，因为睡眠时间越长，越可能是交互式进程或者IO密集的进程，应该给交互式进程更高的优先级，bonus正比于睡眠时长。
概述进程的调度器
- 发展历程
Linux的v2.4以前，可执行进程挂在一个链表里，每次调度，扫描链表找出优先级最高的，复杂度为O(n)，发展成多处理器机器后，效率变得很低。这种调度器也叫O(n)调度器。
v2.5作了改进，可执行程序挂在N（N=140）个链表中，每个链表代表一个优先级，调度从第一个不为空的链表中取进程，复杂度为O(1)，但是实际在交互进程中响应时间较差。也叫O(1)调度器。
v2.6及以后作了改进，改为现在一直沿用的调度策略。即经典的CFS完全公平调度。
- 调度策略
Linux对于普通进程和实时进程采用不同的调度策略。
普通进程策略：
§ SCHED_NORMAL：有的地方又为OTHER，用于普通进程，是标准的分时调度策略。
§ SCHED_BATCH：类似OTHER，但调度器会假设线程是CPU密集型的。
§ SCHED_IDLE：nice值不会影响改策略，用于运行优先级最低的任务
实时进程策略：
§ SCHED_FIFO：先进先出调度，不使用时间片进行调度，如果没有优先级更高的进程，它会一直运行完毕。
§ SCHED_RR：轮询调度，和FIFO一样，只是加了时间片，优先级不改变的情况下，进程固定时间片轮流运行。
§ SCHED_DEADLINE：针对突发性计算，且对延迟和完成时间高度敏感的任务。
- Linux的调度器
调度器就是根据不同的调度策略调度算法，具体实现的一种类。linux提供了5种调度器。Stop调度器、Deadline调度器、RT调度器、CFS调度器、IDLE-Task调度器等。根据task_struct的不同调度策略，内核会选择不同的调度器。下面简单介绍CFS调度器。
- CFS调度器
CFS调度器就是完全公平调度，是Linux从2.6版本沿用至今的调度器。其采用的是时间片调度，CFS通过虚拟时间来实现平衡，每个进程拥有一个虚拟时间，用于记录该进程运行了多久。每次调度该进程，用完一个时间片就增加它的虚拟时间变量。而每次调度的时候，挑出虚拟时间最小的进程来执行。新的进程虚拟时间设置为内存中进程最小的虚拟时间，以便让它能尽快运行。CFS让每个进程都能有运行机会，相对公平。