Cgroups是什么？

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cgroups(Control Groups) 是 linux 內(nèi)核提供的一種機(jī)制，這種機(jī)制可以根據(jù)需求把一系列系統(tǒng)任務(wù)及其子任務(wù)整合(或分隔)到按資源劃分等級(jí)的不同組內(nèi)，從而為系統(tǒng)資源管理提供一個(gè)統(tǒng)一的框架。簡(jiǎn)單說(shuō)，cgroups 可以限制、記錄任務(wù)組所使用的物理資源。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，cgroups 是內(nèi)核附加在程序上的一系列鉤子(hook)，通過(guò)程序運(yùn)行時(shí)對(duì)資源的調(diào)度觸發(fā)相應(yīng)的鉤子以達(dá)到資源追蹤和限制的目的。

本文以 Ubuntu 16.04 系統(tǒng)為例介紹 cgroups，所有的 demo 均在該系統(tǒng)中演示。

為什么要了解 cgroups

在以容器技術(shù)為代表的虛擬化技術(shù)大行其道的時(shí)代了解 cgroups 技術(shù)是非常必要的！比如我們可以很方便的限制某個(gè)容器可以使用的 CPU、內(nèi)存等資源，這究竟是如何實(shí)現(xiàn)的呢？通過(guò)了解 cgroups 技術(shù)，我們可以窺探到 linux 系統(tǒng)中整個(gè)資源限制系統(tǒng)的脈絡(luò)。從而幫助我們更好的理解和使用 linux 系統(tǒng)。

cgroups 的主要作用

實(shí)現(xiàn) cgroups 的主要目的是為不同用戶層面的資源管理提供一個(gè)統(tǒng)一化的接口。從單個(gè)任務(wù)的資源控制到操作系統(tǒng)層面的虛擬化，cgroups 提供了四大功能：

• 資源限制：cgroups 可以對(duì)任務(wù)是要的資源總額進(jìn)行限制。
• 比如設(shè)定任務(wù)運(yùn)行時(shí)使用的內(nèi)存上限，一旦超出就發(fā) OOM。
• 優(yōu)先級(jí)分配：通過(guò)分配的 CPU 時(shí)間片數(shù)量和磁盤 IO 帶寬，實(shí)際上就等同于控制了任務(wù)運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)。
• 資源統(tǒng)計(jì)：cgoups 可以統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的資源使用量，比如 CPU 使用時(shí)長(zhǎng)、內(nèi)存用量等。這個(gè)功能非常適合當(dāng)前云端產(chǎn)品按使用量計(jì)費(fèi)的方式。
• 任務(wù)控制：cgroups 可以對(duì)任務(wù)執(zhí)行掛起、恢復(fù)等操作。

相關(guān)概念

Task(任務(wù)) 在 linux 系統(tǒng)中，內(nèi)核本身的調(diào)度和管理并不對(duì)進(jìn)程和線程進(jìn)行區(qū)分，只是根據(jù) clone 時(shí)傳入的參數(shù)的不同來(lái)從概念上區(qū)分進(jìn)程和線程。這里使用 task 來(lái)表示系統(tǒng)的一個(gè)進(jìn)程或線程。

Cgroup(控制組) cgroups 中的資源控制以 cgroup 為單位實(shí)現(xiàn)。Cgroup 表示按某種資源控制標(biāo)準(zhǔn)劃分而成的任務(wù)組，包含一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)。一個(gè)任務(wù)可以加入某個(gè) cgroup，也可以從某個(gè) cgroup 遷移到另一個(gè) cgroup。

Subsystem(子系統(tǒng)) cgroups 中的子系統(tǒng)就是一個(gè)資源調(diào)度控制器(又叫 controllers)。比如 CPU 子系統(tǒng)可以控制 CPU 的時(shí)間分配，內(nèi)存子系統(tǒng)可以限制內(nèi)存的使用量。以筆者使用的 Ubuntu 16.04.3 為例，其內(nèi)核版本為 4.10.0，支持的 subsystem 如下( cat /proc/cgroups)：
blkio 對(duì)塊設(shè)備的 IO 進(jìn)行限制。
cpu 限制 CPU 時(shí)間片的分配，與 cpuacct 掛載在同一目錄。
cpuacct 生成 cgroup 中的任務(wù)占用 CPU 資源的報(bào)告，與 cpu 掛載在同一目錄。
cpuset 給 cgroup 中的任務(wù)分配獨(dú)立的 CPU(多處理器系統(tǒng)) 和內(nèi)存節(jié)點(diǎn)。
devices 允許或禁止 cgroup 中的任務(wù)訪問(wèn)設(shè)備。
freezer 暫停/恢復(fù) cgroup 中的任務(wù)。
hugetlb 限制使用的內(nèi)存頁(yè)數(shù)量。
memory 對(duì) cgroup 中的任務(wù)的可用內(nèi)存進(jìn)行限制，并自動(dòng)生成資源占用報(bào)告。
net_cls 使用等級(jí)識(shí)別符（classid）標(biāo)記網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，這讓 Linux 流量控制器（tc 指令）可以識(shí)別來(lái)自特定 cgroup 任務(wù)的數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)限制。
net_prio 允許基于 cgroup 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)流量(netowork traffic)的優(yōu)先級(jí)。
perf_event 允許使用 perf 工具來(lái)監(jiān)控 cgroup。
pids 限制任務(wù)的數(shù)量。

Hierarchy(層級(jí)) 層級(jí)有一系列 cgroup 以一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)排列而成，每個(gè)層級(jí)通過(guò)綁定對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)進(jìn)行資源控制。層級(jí)中的 cgroup 節(jié)點(diǎn)可以包含零個(gè)或多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)繼承父節(jié)點(diǎn)掛載的子系統(tǒng)。一個(gè)操作系統(tǒng)中可以有多個(gè)層級(jí)。

cgroups 的文件系統(tǒng)接口

cgroups 以文件的方式提供應(yīng)用接口，我們可以通過(guò) mount 命令來(lái)查看 cgroups 默認(rèn)的掛載點(diǎn)：

復(fù)制代碼 代碼如下:

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