Linux的进程优先级
为什么要有进程优先级？这似乎不用过多的解释，毕竟自从多任务操作系统诞生以来，进程执行占用cpu的能力就是一个必须要可以人为控制的事情。因为有的进程相对重要，而有的进程则没那么重要。进程优先级起作用的方式从发明以来基本没有什么变化，无论是只有一个cpu的时代，还是多核cpu时代，都是通过控制进程占用cpu时间的长短来实现的。就是说在同一个调度周期中，优先级高的进程占用的时间长些，而优先级低的进程占用的短些。从这个角度看，进程优先级其实也跟cgroup的cpu限制一样，都是一种针对cpu占用的QOS机制。我曾经一直很困惑一点，为什么已经有了优先级，还要再设计一个针对cpu的cgroup？得到的答案大概是因为，优先级这个值不能很直观的反馈出资源分配的比例吧？不过这不重要，实际上从内核目前的进程调度器cfs的角度说，同时实现cpushare方式的cgroup和优先级这两个机制完全是相同的概念，并不会因为增加一个机制而提高什么实现成本。既然如此，而cgroup又显得那么酷，那么何乐而不为呢？
再系统上我们最熟悉的优先级设置方式是nice喝renice命令。那么我们首先解释一个概念，什么是：
NICE值
nice值应该是熟悉Linux/UNIX的人很了解的概念了，我们都知它是反应一个进程“优先级”状态的值，其取值范围是-20至19，一共40个级别。这个值越小，表示进程”优先级”越高，而值越大“优先级”越低。我们可以通过nice命令来对一个将要执行的命令进行nice值设置，方法是：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# nice -n 10 bash
这样我就又打开了一个bash，并且其nice值设置为10，而默认情况下，进程的优先级应该是从父进程继承来的，这个值一般是0。我们可以通过nice命令直接查看到当前shell的nice值
[root@zorrozou-pc0 zorro]# nice 10
对比一下正常情况：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# exit
推出当前nice值为10的bash，打开一个正常的bash：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# bash [root@zorrozou-pc0 zorro]# nice 0
另外，使用renice命令可以对一个正在运行的进程进行nice值的调整，我们也可以使用比如top、ps等命令查看进程的nice值，具体方法我就不多说了，大家可以参阅相关manpage。
需要大家注意的是，我在这里都在使用nice值这一称谓，而非优先级（priority）这个说法。当然，nice和renice的man手册中，也说的是priority这个概念，但是要强调一下，请大家真的不要混淆了系统中的这两个概念，一个是nice值，一个是priority值，他们有着千丝万缕的关系，但对于当前的Linux系统来说，它们并不是同一个概念。
我们看这个命令：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# ps -l F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD 4 S 0 6924 5776 0 80 0 - 17952 poll_s pts/5 00:00:00 sudo 4 S 0 6925 6924 0 80 0 - 4435 wait pts/5 00:00:00 bash 0 R 0 12971 6925 0 80 0 - 8514 - pts/5 00:00:00 ps
大家是否真的明白其中PRI列和NI列的具体含义有什么区别？同样的，如果是top命令：
Tasks: 1587 total, 7 running, 1570 sleeping, 0 stopped, 10 zombie Cpu(s): 13.0%us, 6.9%sy, 0.0%ni, 78.6%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 1.5%si, 0.0%st Mem: 132256952k total, 107483920k used, 24773032k free, 2264772k buffers Swap: 2101192k total, 508k used, 2100684k free, 88594404k cached PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 3001 root 20 0 232m 21m 4500 S 12.9 0.0 0:15.09 python 11541 root 20 0 17456 2400 888 R 7.4 0.0 0:00.06 top
大家是否搞清楚了这其中PR值和NI值的差别？如果没有，那么我们可以首先搞清楚什么是nice值。
nice值虽然不是priority，但是它确实可以影响进程的优先级。在英语中，如果我们形容一个人nice，那一般说明这个人的人缘比较好。什么样的人人缘好？往往是谦让、有礼貌的人。比如，你跟一个nice的人一起去吃午饭，点了两个一样的饭，先上了一份后，nice的那位一般都会说：“你先吃你先吃！”，这就是人缘好，这人nice！但是如果另一份上的很晚，那么这位nice的人就要饿着了。这说明什么？越nice的人抢占资源的能力就越差，而越不nice的人抢占能力就越强。这就是nice值大小的含义，nice值越低，说明进程越不nice，抢占cpu的能力就越强，优先级就越高。在原来使用O1调度的Linux上，我们还会把nice值叫做静态优先级，这也基本符合nice值的特点，就是当nice值设定好了之后，除非我们用renice去改它，否则它是不变的。而priority的值在之前内核的O1调度器上表现是会变化的，所以也叫做动态优先级。
优先级和实时进程
简单了解nice值的概念之后，我们再来看看什么是priority值，就是ps命令中看到的PRI值或者top命令中看到的PR值。本文为了区分这些概念，以后统一用nice值表示NI值，或者叫做静态优先级，也就是用nice和renice命令来调整的优先级；而实用priority值表示PRI和PR值，或者叫动态优先级。我们也统一将“优先级”这个词的概念规定为表示priority值的意思。
在内核中，进程优先级的取值范围是通过一个宏定义的，这个宏的名称是MAX_PRIO，它的值为140。而这个值又是由另外两个值相加组成的，一个是代表nice值取值范围的NICE_WIDTH宏，另一个是代表实时进程（realtime）优先级范围的MAX_RT_PRIO宏。说白了就是，Linux实际上实现了140个优先级范围，取值范围是从0-139，这个值越小，优先级越高。nice值的-20到19，映射到实际的优先级范围是100-139。新产生进程的默认优先级被定义为：
#define DEFAULT_PRIO (MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH / 2)
实际上对应的就是nice值的0。正常情况下，任何一个进程的优先级都是这个值，即使我们通过nice和renice命令调整了进程的优先级，它的取值范围也不会超出100-139的范围，除非这个进程是一个实时进程，那么它的优先级取值才会变成0-99这个范围中的一个。这里隐含了一个信息，就是说当前的Linux是一种已经支持实时进程的操作系统。
什么是实时操作系统，我们就不再这里详细解释其含义以及在工业领域的应用了，有兴趣的可以参考一下实时操作系统的维基百科。简单来说，实时操作系统需要保证相关的实时进程在较短的时间内响应，不会有较长的延时，并且要求最小的中断延时和进程切换延时。对于这样的需求，一般的进程调度算法，无论是O1还是CFS都是无法满足的，所以内核在设计的时候，将实时进程单独映射了100个优先级，这些优先级都要高与正常进程的优先级（nice值），而实时进程的调度算法也不同，它们采用更简单的调度算法来减少调度开销。总的来说，Linux系统中运行的进程可以分成两类：
实时进程
非实时进程
它们的主要区别就是通过优先级来区分的。所有优先级值在0-99范围内的，都是实时进程，所以这个优先级范围也可以叫做实时进程优先级，而100-139范围内的是非实时进程。在系统中可以使用chrt命令来查看、设置一个进程的实时优先级状态。我们可以先来看一下chrt命令的使用：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt Show or change the real-time scheduling attributes of a process. Set policy: chrt [options] <priority> <command> [<arg>...] chrt [options] -p <priority> <pid> Get policy: chrt [options] -p <pid> Policy options: -b, --batch set policy to SCHED_OTHER -f, --fifo set policy to SCHED_FIFO -i, --idle set policy to SCHED_IDLE -o, --other set policy to SCHED_OTHER -r, --rr set policy to SCHED_RR (default) Scheduling flag: -R, --reset-on-fork set SCHED_RESET_ON_FORK for FIFO or RR Other options: -a, --all-tasks operate on all the tasks (threads) for a given pid -m, --max show min and max valid priorities -p, --pid operate on existing given pid -v, --verbose display status information -h, --help display this help and exit -V, --version output version information and exit For more details see chrt(1).
我们先来关注显示出的Policy options部分，会发现系统给个种进程提供了5种调度策略。但是这里并没有说明的是，这五种调度策略是分别给两种进程用的，对于实时进程可以用的调度策略是：SCHED_FIFO、SCHED_RR，而对于非实时进程则是：SCHED_OTHER、SCHED_OTHER、SCHED_IDLE。
系统的整体优先级策略是：如果系统中存在需要执行的实时进程，则优先执行实时进程。直到实时进程退出或者主动让出CPU时，才会调度执行非实时进程。实时进程可以指定的优先级范围为1-99，将一个要执行的程序以实时方式执行的方法为：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt 10 bash [root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt -p $$ pid 14840's current scheduling policy: SCHED_RR pid 14840's current scheduling priority: 10
可以看到，新打开的bash已经是实时进程，默认调度策略为SCHED_RR，优先级为10。如果想修改调度策略，就加个参数：
[root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt -f 10 bash [root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt -p $$ pid 14843's current scheduling policy: SCHED_FIFO pid 14843's current scheduling priority: 10
出处：http://liwei.life/2016/04/07/linux%E7%9A%84%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E4%BC%98%E5%85%88%E7%BA%A7/
