Linux Cgroups介绍

Linux Cgroups介绍

• Linux Cgroups 提供了对一组进程及将来子进程的资源控制、控制和统计能力，这些资源包括CPU、内存、存储、网络等。通过Cgroups 可以方便的限制某个进程的资源占用，并可以实时监控进程的监控和统计信息。

Cgroups 三个组件

• Cgroup是对进程分组管理的一种机制，一个cgroup包含一组进程，并可以在这个cgroup上增加Linux subsystem的各种参数配置，将一组进程和一组subsystem的系统参数关联起来。
• subsystem是一组资源控制模块，一般包含如下几项：
  • blkio 设置对块设备（比如硬盘）输入输出的访问控制
  • cpu 设置 cgroup 中进程的 CPU 被调度的策略。
  • cpuacct 可以统计 cgroup 中进程的 CPU 占用 。
  • cpuset 在多核机器上设置 cgroup 中进程可以使用的 CPU 和内存（此处内存仅使用于NUMA 架构） 。
  • devices 控制 cgroup 中进程对设备的访问 。
  • freezer 用于挂起（ suspend ）和恢复（ resume) cgroup 中的进程 。
  • memory 用于控制 cgroup 中进程的内存占用 。
  • net_els 用于将 cgroup 中进程产生的网络包分类，以便 Linux 的 tc (traffic con 位oller ）可以根据分类区分出来自某个 cgroup 的包并做限流或监控 。
  • net_prio 设置 cgroup 中进程产生的网络流量的优先级 。
  • ns 这个 subsystem 比较特殊，它的作用是使 cgroup 中的进程在新的 Namespace 中 fork新进程 （CNEWNS ）时，创建出 一 个新的 cgroup ，这个 cgroup 包含新的 Names pace 中的进程
  • 每个 subsystem 会关联到定义了相应限制的 cgroup 上，并对这个 cgroup 中的进程做相应的限制和控制。subsystem是逐步合并到内核中的，通过cgroup命令（apt-get install cgroup-bin）查看kerne支持的subsystem
• hierarchy的功能是把一 组cgroup串成一个树状的结构，一个这样的树便是一个树，通过这种树状结构，Cgroups 可以做到继承，比如系统对一组定时任务进程通过cgroupl限制cpu的使用率，然后其中有一个dump日志进程需要限制磁盘IO，为了避免限制了磁盘IO之后影响到其他进程，就可以创建cgroup2，使其继承与cgroup1并限制磁盘IO，这样cgroup2便继承了cgroup1中对cpu使用率的限制，并增加了磁盘IO的限制而不影响到cgroup1中其他进程。

三个组件相互的关系

• 系统在创建了新的hierarchy之后，系统中所有的进程都会加入这个hierarchy的cgroup根节点，这个cgroup根节点是cgroup默认创建的
• 一个subsystem只能附加一个hierarchy上面
• 一个hierarchy可以附件多个subsystem
• 一个进程可以作为多个cgroup的成员，但是这些cgroup必须在不同的hierarchy中，也可以根据需要转移到其他cgroup
• 一个进程fork出子进程时，子进程是和父进程在同一个cgroup中的，也可以根据需要将其移动到其他cgroup中。

kernel接口

• Cgroups中的hierarchy是一种树状组织结构，kernel为了使对Cgroups的配置更加直观，是通过一个虚拟树状文件系统配置Cgroups的，通过层级的目录虚拟出cgroup树
  1、创建并挂载一个hierarchy（cgroup树）

mkdir cgroup-test
mount -t cgroup -o none,name=cgroup-test cgroup-test ./cgroup-test  

• 可以看到系统在这个目录生成一些默认文件了,这些文件就是这个hierarchy中cgroup根节点的配置项：

• cgroup.clone_children：cpuset的subsystem会读取这个配置文件，如果这个值是1，子cgroup才会继承cgroup的cpuset的配置

• cgroup.procs：树中当前节点cgroup中进程组ID，现在的位置是在根节点，这个文件中会有现在系统中所有进程组的ID

• notify_on_release和release_agent会一起使用，notify_on_release标识当这个cgroup最后一个进程退出的时候是否执行了release_agent；release_agent是一个路径，通常用作进程退出后自动清理掉不再使用的cgroup

• tasks标识该cgroup下面的进程ID，如果把一个进程ID写到tasks文件中，便会将相应的进程加入这个cgroup

• 2、在刚创建的hierarchy上cgroup根节点中扩建出两个子cgroup

cd cgroup-test  
mkdir cgroup-1 cgroup-2

• 在一个cgroup的目录下创建文件夹时，kernel会把这个文件夹标记为cgroup的子cgroup，会继承父cgroup的属性
• 3、一个进程在一个Cgroup的hierarchy中，只能在一个cgroup节点上存在，系统的所有进程都会默认在根节点上存在，可以将进程移动到其他cgroup节点，只需将进程id移动到cgroup节点的tasks文件中即可。

cd cgroup-1
echo $$
sh -c "echo $$" >>tasks  //将终端进程移动到cgroup-1中
cat /proc//cgroup

• 4、通过subsystem限制cgroup中进程资源
• 在上面创建hierarchy的时候，这个hierarchy并没有关联到任何的subsystem，所以没办法通过那个hierarchy中的cgroup节点限制进程资源占用比，其实系统已经默认未每个subsystem创建一个默认的hierarchy，比如memory的hierarchy。

mount|grep memory

• 可以看到/sys/fs/cgroup/memory目录挂在了memory subsystem的hierarchy上，通过在这个hierarchy中创建cgroup，限制如下进程占用的你内存。
• 启用一个占用内存的stress进程

stress --vm-bytes 200m --vm-keep -m 1

• 创建cgroup

cd /sys/fs/cgroup/memory
mkdir test-limit-memory && cd test-limit-memory

• 设置最大cgroup的最大内存占用为100MB

sh -c "echo "100m" > memory.limit_in_bytes"

• 将当前进程移动到这个cgroup

sh -c "echo $$ > tasks"

• 再次运行占用内存200m的stress进程

stress --vm-bytes 200m --vm-keep -m 1

docker 是如何配置Cgroups的

docker run -itd -m 128m ubuntu
cd /sys/fs/cgroup/memory/docker/e9bc042a50c13f117a2bd8868d69234524432ecc7504bf803708a413dee3a5f3/
cat memory.limit_in_bytes

• 可以看到，docker通过为每个容器创建cgroup，并通过cgroup去配置资源限制和资源监控。

Go实现通过cgroup限制容器的资源

package main

import(


"os/exec"
"path"
"os"
"fmt"
"io/ioutil"
"syscall"
"strconv"

)
const cgroupMemoryHierarchyMount="/sys/fs/cgroup/memory"

func main(){

if os.Args[0]=="/proc/self/exe"{

fmt.Printf("current pid %d",syscall.Getpid())
fmt.Println()
cmd:=exec.Command("sh","-c",`stress --vm-bytes 200m --vm-keep -m 1`)
cmd.SysProcAttr=&syscall.SysProcAttr{}
cmd.Stdin=os.Stdin
cmd.Stdout=os.Stdout
cmd.Stderr=os.Stderr
if err:=cmd.Run();err!=nil{
fmt.Println(err)
os.Exit(1)


}
}
cmd:=exec.Command("/proc/self/exe")
cmd.SysProcAttr=&syscall.SysProcAttr{
	Cloneflags:syscall.CLONE_NEWUTS|syscall.CLONE_NEWPID|syscall.CLONE_NEWNS,}
cmd.Stdin=os.Stdin
cmd.Stdout=os.Stdout
cmd.Stderr=os.Stderr
if err:=cmd.Start();err!=nil{

fmt.Println("ERROR",err)
os.Exit(1)

}else{

fmt.Printf("%v",cmd.Process.Pid)
os.Mkdir(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit"),0755)
ioutil.WriteFile(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit","tasks"),[]byte(strconv.Itoa(cmd.Process.Pid)),0644)
ioutil.WriteFile(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit","memory.limit_in_bytes"),[]byte("100m"),0644)




}
cmd.Process.Wait()
}