Linux Cgroups 详解

Namespace是用來實現進程之間的隔離,但是并没有限制其空间的大小。如果想要限制一个进程可以使用的空间，保证各个进程之间不会互相争抢就要用到 Cgroups。

Linux Cgroups(Linux Control Groups)提供了对一组进程及将来子进程的资源限制、控制、统计的能力。这些资源包括 cpu、内存、存储、网络 等 。通过Cgroups，可以方便的控制某个进程占用的资源，并可以实施监控和统计信息。

Cgroups中的三个组件

• 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 是一组资源控制的模块。包含以下几项。

  • blkio 设置对块设备输入输出的访问控制。例如磁盘
  • cpu 设置cgroup中进程的cpu被调度策略。
  • 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。此处仅限于NUMA架构。
  • devices 控制cgroup对设备的访问。
  • freezer 挂起(suspend)和恢复(resue) cgroup中的进程。
  • memory 用于控制cgroup中进程的内存占用。
  • net_cls 将cgroup中进程产生的网络包分类，便于linux tc（traffic controller）可以根据分类区分出来自某个cgroup包并做监控。
  • net_prio 设置cgroup中进程产生的网络流量的优先级。
  • ns 使cgroup中的进程在新的Namespace中fork新进程时，创建一个新的cgroup，这个cgroup包含新的Namespace中的进程。

每个subsystem会关联到定义的cgroup，并对这个cgroup中的进程做限制和控制。这些subsystem是逐步合并到内核中的，可以安装apt-get install cgroup-bin 然后通过 lssubsys -a 查看

• hierarchy 把一组cgroup串成一个柱状结构，这样的树便是一个hierarchy，通过这种结构，Cgroups可以做到继承。

三个组件的关系

• 系统创建hierarchy 之后，所有的进程都会加入这个hierarchy的cgroup的根节点。在这个cgroup根节点是hierarchy默认创建的。
• 一个subsystem只能附加到一个hierarchy上面。
• 一个进程可以作为多个cgroup的成员，但是cgroup必须在不同的hierarchy中。
• 一个进程fork的子进程和父进程在同一个cgroup中也可以根据需要移到其他cgroup中。

Kernel接口

前面说道Cgroups中的hierarchy是一种树状结构，Kernel为了对Cgroups的配置更直观，也会显示为树状结构。下面进行实例，了解如何操作Cgroups。

1. 首先创建并挂在一个hierarchy(cgroup树)，如下.

   leon@leon:~$ mkdir cgroup-test
   leon@leon:~$ sudo mount -t cgroup -o none,name=cgroup1 cgroup1 ./cgroup-test/
   leon@leon:~$ ls ./cgroup-test/
   

   cgroup.clone_children  cgroup.procs  cgroup.sane_behavior  notify_on_release  release_agent  tasks

   这些文件就是这个hierarchy中cgroup根节点的配置项，上面这些文件含义如下。

   • cgroup.clone_children, cpuset的subsystem会读取这个文件的配置，如果值是1(默认值0)，子cgroup才会继承父cgroup的cpuset配置。
   • cgroup.procs 是树中当前结点cgroup的进程组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会在一起使用。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则是一个路径，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中便会将相应的进程加入到这个cgroup中。

2. 然后创建刚才建立的hierarchy上cgroup根节点中扩展出的两个子cgroup。

可以看到创建子文件夹的同时，Kernel会标记这个cgroup的子cgroup，他们会继承父cgroup的属性。

3. 在cgroup中添加和移动进程 一个进程在Cgroups的hierarchy中，只能在一个cgroup节点上存在，系统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节点上，只需要将 进程ID移动到cgroup节点的tasks文件即可。

可以看到当前进程已经被添加到cgroup-1中了。**第一行**

4. 通过subsystem限制cgroup进程的资源 上面的hierarchy没有关系任何的subsystem，所以没有限制cgroup占用的系统资源。本质系统默认为subsystem创建了hierarchy，比如memory的hierarchy。

   

   可以看到/sys/fs/cgroup/memory目录挂载在memory subsystem的hierarchy上。下面进入到memory目录下创建cgroup。限制内存。

这样就创建成功，并添加了内存使用的限制。

可以看到9752 使用内存最大为100M

Docker是如何使用Cgroups的

Docker是通过Cgroups实现容器资源的限制和监控。

可以看到最大限制是134217728 使用的是1970176.这些都是我们在/sys/fs/cgroup/memory中找到的。由此可见 docker 本质上也是这样做的。

Go语言实现Cgroups限制容器资源

在Namespace的基础之上增加Cgroup的限制，使其具有限制内存的功能。

package main

import (

"os"

"os/exec"

"log"

"syscall"

"path"

"fmt"

"io/ioutil"

"strconv"

)

const cgroupMemoryHierarchyMount = "/sys/fs/cgroup/memory" //内存挂载点的路径

func main() {//

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

fmt.Printf("current pid %d", syscall.Getpid())

fmt.Println()

cmd := exec.Command("sh", "-c" ,"strees --vm-bytes 200m --vm-keep -m 1")  // 之前我们通过命令行，这里命令还是一样的。

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 {

//获取fork的进程pid

fmt.Printf("%v" ,cmd.Process.Pid)

// 在系统中默认创建挂在了memory subsystem的hierarchy上创建Cgroup

os.Mkdir(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit"),0755)

// 将容器加入到这个Cgroup中

ioutil.WriteFile(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit","tasks"),[]byte(strconv.Itoa(cmd.Process.Pid)),0644)

//限制cgroup的使用

ioutil.WriteFile(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit","memory.limit_in_bytes"),[]byte("100m"),0644)

}

cmd.Process.Wait()

}

通过top就可以查看。

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