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？
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：
nice [-n] [COMMAND [ARG]...]
例如：
[root@node2 ~]# 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
默认是0。我们可以通过nice命令直接查看到当前shell的nice值：
[root@node2 ~]# nice
10
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：
renice [-n] priority [-g gpid…] [-p pid…] [-u user_or_uid…]
-n priority：指定要设置的 nice 值
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
nice值虽然不是priority，但是它确实可以影响进程的优先级。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：
设置：
chrt [options] <priority> command [arg]...
chrt [options] -p <priority> pid
查看：
chrt [options] -p <pid>
Policy options:
-b, --batch set policy to SCHED_BATCH
-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：将SCHED_RESET_ON_FORK标记添加到SCHED_FIFO或SCHED_RR调度策略
Other options:
-a, --all-tasks：对给定pid的所有任务(线程)进行操作
-m, --max：显示最小和最大有效的优先级
-p, --pid：指定要操作的进程的 pid
-v, --verbose：显示详细信息
-h, --help display this help and exit
-V, --version output version information and exit
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_BATCH、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@node2 ~]# chrt -r 10 bash
[root@node2 ~]# chrt -p $$
pid 102128's current scheduling policy: SCHED_RR
pid 102128's current scheduling priority: 10
可以看到，新打开的bash已经是实时进程，调度策略为SCHED_RR，优先级为10
刚才说过，SCHED_RR和SCHED_FIFO都是实时调度策略，只能给实时进程设置。对于所有实时进程来说，优先级高的（就是
priority数字小的）进程一定会保证先于优先级低的进程执行。SCHED_RR和SCHED_FIFO的调度策略只有当两个实时进程的
优先级一样的时候才会发生作用，其区别也是顾名思义：
SCHED_FIFO:以先进先出的队列方式进行调度，在优先级一样的情况下，谁先执行的就先调度谁，除非它退出或者主动
释放CPU
SCHED_RR:以时间片轮转的方式对相同优先级的多个进程进行处理。时间片长度为100ms
这就是Linux对于实时进程的优先级和相关调度算法的描述。整体很简单，也很实用。而相对更麻烦的是非实时进程，它们才
是Linux上进程的主要分类。对于非实时进程优先级的处理，我们首先还是要来介绍一下它们相关的调度算法：O1和CFS