【Linux】进程优先级 + 环境变量

前言
在了解进程状态之后，本章我们将来学习一下进程优先级，还有环境变量等。。

- 1.进程优先级
- - 1.1 为什么要有优先级？
- 2.进程的其他概念
- 2.1 竞争性与独立性
- 2.2 并行与并发
- 2.3 进程间优先级的体现：
- - 2.3.1 O(1) 调度算法：
  - 2.4 进程上下文：
- 3 .环境变量
- - 3.1 环境变量的概念：
  - 3.2 常用的环境变量：
  - 3.3 环境变量指令：
  - 3.4 linux修改环境变量的方法：
  - 3.5 通过代码如何获取环境变量：
  - - 3.5. 1 **环境变量的组织方式**
    - 3.5. 2 方法一：main函数的第三个参数
    - 3.5. 3 方法二：通过C语言第三方变量environ获取
    - 3.5. 4 方法三：通过系统调用获取或设置环境变量
  - 3.6 环境变量通常是具有全局属性的

1.进程优先级

1.1 为什么要有优先级？

因为CPU是有限的，进程太多，需要通过某种方式竞争资源！Linux系统中进程占大多数，而资源是少数！所以，进程竞争资源是常态！一定需要确认先后顺序

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。
优先权高的进程有优先执行权利。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。
还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能
什么是优先级？

就是确认是谁应该先获得某种资源，谁后获得
在Linux系统中，一般一个服务，是专属专机。优先级是操作系统是最清楚的（在创建进程task_struct时），你自己改的，并一定按照这个操作来的。（一般不需要调整的）
计算机为了保证每个进程能够，尽可能平均的使用进程，所以nice的调整范围只有40个。（-20~ 19）

Linux优先级的构成

priority（PRI） + nice
PRI(new)=PRI(old)+nice
需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。
可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据

注意：

虽然我们可以对Linux进程的优先级进行修改
但是Linux不允许进程无节制的设置优先级
用top命令更改已存在进程的nice

输入top
进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

nice值的修改并不是无节制的，是有一定取值范围的；nice [-20, 19] prio [60，99]
当我们设置完该进程的pri为60之后，再次对该进程的nice进行修改，此时pri会再次恢复到80！！

prio = prio_old + nice

2.进程的其他概念

2.1 竞争性与独立性

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。

当一个进程在使用资源的时候,是不允许别的进程也来使用该资源的基本上所有的外设和CPU都是这样子的。

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，进程运行是有独立性的。
进程运行具有独立性，不会因为一个进程挂掉或者异常，而导致其他进程出现问题！
使用STL将对象放到各种容器中，就像在linux系统当中，将PCB放来是一个道理。

2.2 并行与并发

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。

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。

不要以为进程一旦占有CPU，就会一直执行到结束，才会释放CPU资源！
我们遇到的大部分操作系统都是分时的
在一个时间片内，多个进程都会通过切换交叉的方式，让多个进程代码，在一段时间内，都得到推进
例如一个进程，只能在CPU内执行10ns ，就要从CPU上扒下来，让其他的进程来执行
这种现象，叫做并发

2.3 进程间优先级的体现：

操作系统，就是简单的根据队列来进行先后调度的嘛，有没有可能突然来了一个优先级更高的进程。。
当代计算机都具有的一种机制：抢占式内核！

正在运行的低优先级进程，但如果来个优先级更高的进程，我们的调度器会直接把进程从CPU上剥离，放上优先级更高的进程，进程抢占。

进程抢占：

有可能进程正在跑，突然来了个优先级更高的进程，操作系统直接就把这个进程扒下来了，让优先级更高的进程来跑。

2.3.1 O(1) 调度算法：

这里我们就简单介绍一下：

允许不同优先级的进程存在
相同优先级的进程，是可能存在多个的！

而我们之前学习过数据结构，我们知道队列是先进先出的，是不允许随意插入的，那么优先级如何体现出来呢？
操作系统采用的是哈希的数据结构.
在这里插入图片描述
根据不同的优先级，将特定的进程放入不同的队列中！

2.4 进程上下文：

CPU一定具有把数据暂时保存起来的能力。
CPU内的寄存器更多是用来保存一些临时数据。
CPU内的寄存器是：可以临时的存储数据，非常少，但是非常重要。
在这里插入图片描述

int func()
{
	int a = 10 + 20;

	return a;
}

int main()
{
	int ret = func();

	return 0;
}

我们把进程在运行中产生的各种寄存器数据，我们叫做进程的硬件上下文数据

当进程被剥离：需要保存上下文数据
当进程恢复的时候：需要将曾经保存的上下文数据恢复到寄存器中
上下文在哪里保存呢？—— task struct

task_struct- PCB的一种

在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

在这里插入图片描述

3 .环境变量

3.1 环境变量的概念：

环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。
如：我们在编写C/C++代码的时候，在链接的时候，从来不知道我们的所链接的动态静态库在哪里，但是照样可以链接成功，生成可执行程序，原因就是有相关环境变量帮助编译器进行查找。
环境变量通常具有某些特殊用途，还有 在系统当中通常具有全局特性。

3.2 常用的环境变量：

PATH : 指定命令的搜索路径
HOME : 指定用户的主工作目录(即用户登陆到Linux系统中时,默认的目录)
SHELL : 当前Shell,它的值通常是/bin/bash

3.3 环境变量指令：

显示某个环境变量值：echo $path

echo $NAME //NAME:你的环境变量名称

查看系统的所有环境变量：env
设置一个新的环境变量：export / (直接使用环境变量名）如：Path
unset: 清除环境变量
Set: 显示本地定义的shell变量和环境变量

Linux export ：命令用于设置或显示环境变量
在这里插入图片描述
解释：

环境变量PATH里面有多种变量，中间用冒号:分割开，其中我们在执行某个程序时：例如在执行Is时，当识别到有Is输入时，
会在上面的路径中一个一个的搜索，只要在特定路径下找到了Is，就会执行特定路径下的Is，执行完就停止搜索不再往后走了，换言之PATH就提供了可执行程序搜索的路径。Is或者是很多指令在PATH里面是可以被找到的。

3.4 linux修改环境变量的方法：

方式1：
export PATH=$PAHT:/home/路径
//临时修改，只对当前终端生效，立即生效终端一关闭，就失效了
方式2：
修改家目录下的 .bashrc 文件
这个文件每个用户都有，都放在自己的家目录下
用户每次登录时，都会加载(执行)这个文件
所以，将export XXX=$XXX:xxx 放到.bashrc这个文件中
就会对当前用户一直生效了
修改.bashrc文件后需要重新登录(重新打开终端才会生效)
或者执行 source .bashrc 就可以立即生效了
方式3：
-修改系统时会加载的文件如 /etc/environment 或者 /etc/profile
因为这些文件在系统启动时候会被执行
所以在这些文件中修改环境变量，没次启动系统都生效
因为用户修改环境变量时都是以 PATH=$PATH:的方式追加的
所以每个用户第一次修改时取的基本变量值都是他
所以修改这些文件，是对所有用户有效的
重启生效
或者执行 source /etc/profile source /etc/environment 生效

3.5 通过代码如何获取环境变量：

main函数可以带参数吗？可以带多少？

我们先来看main函数带两个参数：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) 
{
    int i = 0;
    for(i = 0; i < argc; i++)
    {
        printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]);
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述

char* argv[]是个指针数组，而int argc则是指针数组中元素的个数。
可执行程序和选项都是字符串，最后都以指针数组的方案存在了指针数组中。
指针数组中存的是字符串的起始地址
最后以NULL（’\0’）结尾

3.5. 1 环境变量的组织方式

在这里插入图片描述
每个程序都会收到一张环境表，环境表是一个字符指针数组，每个指针指向一个以’\0’结尾的环境字符串

3.5. 2 方法一：main函数的第三个参数

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

void func(void)
{
    printf("hehe\n");
}

int main(int argc, char* argv[], char* env[])
{
    //func(1, 1);
    int i = 0;
    for(i = 0; env[i]; i++)
    {
        printf("env[%d]: %s\n", i, env[i]);
    }

    return 0;
}

在这里插入图片描述

char* env[]也是个指针数组
数组里的每个元素都是指向一个字符串,每个字符串就是一个环境变量
最后以NULL结尾

3.5. 3 方法二：通过C语言第三方变量environ获取

int main()
{
	extern char** environ;

	for (int i = 0; environ[i]; i++)
	{
		printf("%d: %s\n", i, environ[i]);
	}

	return 0;
}

libc中定义的全局变量environ指向环境变量表,environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时要用extern声明。

3.5. 4 方法三：通过系统调用获取或设置环境变量

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("%s\n", getenv("PATH"));
return 0;
}

常用getenv和putenv函数来访问特定的环境变量。

3.6 环境变量通常是具有全局属性的

环境变量通常具有全局属性，可以被子进程继承下去。
如果只进行 MYENV＝“helloworld” ,不调用export导出，在用我们的程序查看，会有什么结果？为什
么？ 普通变量 不会被子进程继承下去

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
char * env = getenv("MYENV");
if(env){
printf("%s\n", env);
}
return 0;
}

直接查看，发现没有结果，说明该环境变量根本不存在

导出环境变量 export MYENV=“hello world”
再次运行程序，发现结果有了！说明：环境变量是可以被子进程继承下去的！想想为什么

尾声
看到这里，相信大家对这个C++有了解了。
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