【Linux】进程优先级：谁先 “上车” 谁说了算

前言

早高峰挤公交谁能先窜上去？Linux 里的进程抢 CPU 资源也是这德性 —— 全靠 “优先级” 当 “插队密码”。这篇就扒明白这些数字咋帮进程 “抢座”，还教你咋给进程开 “优先通道”~

⚙️ Linux 进程篇

【 冯诺依曼体系 + 操作系统 】

【 进程概念 + PID + fork函数 】

【 进程状态 】

目录

一、侵入式链表管理 task_struct

1、传统链表 vs 侵入式链表

2、通过节点指针 + 偏移量计算，反向获取结构体对象

3、问题：在进程管理中，为什么通常用链式结构存储 PCB（进程控制块）？

二、进程优先级

1、进程优先级是什么？

2、为什么要有进程优先级？

三、如何查看进程优先级？

1、UID是什么

2、UID和PID的区别

四、如何理解PRI and NI

五、如何修改进程优先级？

1、top调整进程优先级

2、修改NI值的特殊情况 

6、进程的竞争性、独立性、并行、并发

一、侵入式链表管理 task_struct

1、传统链表 vs 侵入式链表

传统链表的逻辑是：让数据结构体 “依附” 于链表—— 比如定义一个链表节点，把数据结构体作为节点的 “数据域”（链表是主体，数据是附属）。

这种方式的核心问题是：数据与链表指针紧耦合，不同结构体要单独写链表逻辑，代码完全无法通用，冗余且维护成本高。

而侵入式链表正好相反：把通用链表节点 “嵌入” 到数据结构体内部—— 数据结构体是主体，链表节点是它的一个 “成员”（链表逻辑通过这个嵌入的节点实现）。

侵入式链表的核心是 “通用链表节点嵌入数据结构体，数据是主体，同一套链表逻辑可复用管理任意结构体，灵活且无冗余”。

2、通过节点指针 + 偏移量计算，反向获取结构体对象

(task_struct *)(start – (size_t)&((task_struct *)0)->link)->other

1、(task_struct *)0：将地址 0 强转为task_struct*，虚拟结构体基址

2、(size_t)&((task_struct *)0)->link：计算link在结构体中的偏移量（强转size_t确保数值运算）

3、start – (size_t)&((task_struct *)0)->link：节点地址减偏移量，得结构体起始地址

4、(task_struct *)(…)：将结果强转回task_struct*，最终访问other成员

3、问题：在进程管理中，为什么通常用链式结构存储 PCB（进程控制块）？

用链式结构存 PCB，其实是内核 “怎么方便怎么来” 的选择，核心是适配进程的 “动态” 和内核的 “资源紧”：

进程是 “活的”，链式改起来快：进程总在创建、销毁，链式结构增删节点只动指针（一步到位），不像数组得挪一堆元素，效率差太多；

内核内存 “碎”，链式能凑合用：内核里难搞到大块连续内存，PCB 散着存也没事，链式靠指针串起来就行，不用纠结地址连不连续；

管理要灵活，链式好折腾：进程要切状态（比如从就绪变阻塞）、按优先级排队列，链式结构调个指针就能重组队列，比数组挪元素轻松多了；

内核代码要省事儿，链式能复用：内核里不光管 PCB，还管文件、设备这些，一套链表逻辑就能管所有这些对象，不用给每个东西写套新代码。

二、进程优先级

1、进程优先级是什么？

进程优先级是CPU 调度进程的 “先后规则”：系统会给不同进程分配优先级，优先级高的进程能更优先获得 CPU 等资源的访问权（即 “谁先访问、谁后访问”）。

它和 “权限” 是不同概念：

优先级 → 决定资源访问的顺序（谁先用 CPU）；

权限 → 决定资源访问的资格（能不能用某个文件 / 设备）。

简单说，进程优先级是 “资源调度的先后顺序规则”，用来让系统更高效地分配 CPU 时间。

2、为什么要有进程优先级？

因为资源是有限的，但进程是多个的，进程之间天然存在资源竞争关系（竞争性）。

操作系统需要通过 “进程优先级” 实现良性竞争：

避免进程长期抢不到 CPU 资源（即 “饥饿问题”），否则进程代码无法推进，在用户层会表现为 “应用无响应”；

让更重要的进程优先获得资源，提升系统整体的效率与响应性。

三、如何查看进程优先级？

在
linux
或者
unix
系统中，用
ps –l
命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

UID : 代表执行者的身份

PID : 代表这个进程的标识符

PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的标识符

PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行

NI ：代表这个进程的nice值，会影响进程的优先级（PRI）

1、UID是什么

在操作系统中，UID（用户标识符）是系统唯一识别用户的标识：

• 昵称（用户名）是给人看的，可能存在重复；
• 但 UID 是系统分配的数字编号（比如 Linux 中 root 的 UID 固定为 0），每个用户的 UID 在系统内是唯一的，不会重复。

所以系统实际是通过 UID 来区分不同用户的，而不是依赖可能重复的用户名。

从图中我们可以看到，ls指令加上-n选项后，对应的文件拥有者和文件所属组的位置被1001这样的数字替代了，1001就代表了当前文件拥有者的UID也就是用户的唯一标识符

2、UID和PID的区别

四、如何理解PRI and NI

1、在 Linux 的进程管理中，PRI 和 nice 值是控制进程 CPU 执行顺序的核心指标。

2、PRI 指的是进程优先级，它的数值大小直接决定了进程被 CPU 调度的先后顺序 ——PRI 的值越小，进程的优先级就越高，会更早获得 CPU 执行的机会。

3、而 nice 值则是用来调整 PRI 的修正参数。系统中 PRI 的默认初始值是 80，新的 PRI 会按照 “PRI(new) = PRI(old) + nice” 的规则计算（每次调整时，PRI (old) 都以默认的 80 为基准）。比如当 nice 值设为负数时，PRI 会被减小，对应的进程优先级就会升高，能更快被 CPU 执行。

简单来说，在 Linux 里调整进程的优先级，本质就是调整它的 nice 值。nice 值的取值范围是 – 20 到 19，共包含 40 个级别，从 – 20（让进程优先级最高）到 19（让进程优先级最低），覆盖了不同场景下的调度需求。

从图中可以看到进程默认优先级是80，也就代表了我们所能调整的最终优先级范围是[60,99]

进程 nice 值与优先级调整说明 

虽然进程优先级可以通过修改 nice 值调整，但不能无限制提升优先级（比如无法通过 “大幅修改 nice 值” 让进程一直被调度）—— 因为 Linux 对 nice 值的调整范围做了限制，仅允许在[-20, 19]区间内调整（nice 值越小，进程优先级越高）。这是系统为避免单个进程过度抢占资源、保证整体稳定性而设置的约束，不会开放过度的优先级干预权限。

五、如何修改进程优先级？

1、top调整进程优先级

• 启动 top：在终端输入top，进入进程监控界面；
• 进入优先级调整模式：按下键盘上的r键（代表 “renice”，调整 nice 值）；
• 输入目标进程的 PID：此时界面会提示 “PID to renice:”，输入要调整的进程 PID 后按回车；
• 输入新的 nice 值：接着提示 “Renice PID [目标 PID] to value:”，输入想要设置的 nice 值（范围[-20,19]），按回车完成调整。

【注意事项】：

1、普通用户只能把 nice 值调大（降低进程优先级），只有 root 用户能调小（提高优先级）；

2、调整后可以在 top 界面的NI列，看到该进程的 nice 值已更新。

【修改演示】：

从图中可以看到PRI和NI确实被修改了，有些同学可能疑惑：为啥查进程 PRI 和 NI 时用了ps -la而不是-l选项？这是因为ps -l只显示当前终端下的进程 —— 哪怕是同一用户，只要进程是在其他终端启动的，ps -l就不会显示；而ps -la的-a参数能显示所有终端的进程，所以能稳定查到目标进程的 PRI 和 NI（图中 test 进程的 PRI、NI 已成功修改）。

2、修改NI值的特殊情况 

如果我修改的NI超过可修改范围，最终的NI值会是多少呢？

如果修改的 NI 值超出了合法范围（[-20,19]），系统会自动按边界值生效：比如图中尝试设 NI 为 30，最终会取最大值 19；若设为 – 21，则会取最小值 – 20。

6、进程的竞争性、独立性、并行、并发

竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级

▶ 比如服务器同时跑着业务程序、日志脚本、备份进程，CPU 只能轮流处理它们，优先级就是 “规则”—— 让核心业务先抢到 CPU，避免卡顿。

独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰

▶ 每个进程都有自己的 “独立空间”，像你开着的浏览器和音乐播放器，浏览器崩溃不会影响音乐播放，就是独立性在隔离资源。

并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行

▶ 如果服务器有 4 个 CPU 核心，进程 A、B、C、D 可以同时在 4 个核心上跑，是真正的 “同时执行”，能直接提升整体效率。

并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发

▶ 只有 1 个 CPU 时，系统会快速切换进程（比如先跑进程 A 10ms，再切到进程 B 10ms），宏观上看这些进程像 “同时在跑”，但微观是 CPU 在轮流处理。