CGroup 介绍、应用实例及原理描述
CGroup 介绍
CGroup 是 Control Groups 的缩写，是 Linux 内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组 (process groups) 所使用的物力资源 (如 cpu memory i/o 等等) 的机制。2007 年进入 Linux 2.6.24 内核，CGroups 不是全新创造的，它将进程管理从 cpuset 中剥离出来，作者是 Google 的 Paul Menage。CGroups 也是 LXC 为实现虚拟化所使用的资源管理手段。
CGroup 功能及组成
CGroup 是将任意进程进行分组化管理的 Linux 内核功能。CGroup 本身是提供将进程进行分组化管理的功能和接口的基础结构，I/O 或内存的分配控制等具体的资源管理功能是通过这个功能来实现的。这些具体的资源管理功能称为 CGroup 子系统或控制器。CGroup 子系统有控制内存的 Memory 控制器、控制进程调度的 CPU 控制器等。运行中的内核可以使用的 Cgroup 子系统由/proc/cgroup 来确认。
CGroup 提供了一个 CGroup 虚拟文件系统，作为进行分组管理和各子系统设置的用户接口。要使用 CGroup，必须挂载 CGroup 文件系统。这时通过挂载选项指定使用哪个子系统。
Cgroups提供了以下功能：
1.限制进程组可以使用的资源数量（Resource limiting ）。比如：memory子系统可以为进程组设定一个memory使用上限，一旦进程组使用的内存达到限额再申请内存，就会出发OOM（out of memory）。
2.进程组的优先级控制（Prioritization ）。比如：可以使用cpu子系统为某个进程组分配特定cpu share。
3.记录进程组使用的资源数量（Accounting ）。比如：可以使用cpuacct子系统记录某个进程组使用的cpu时间
4.进程组隔离（Isolation）。比如：使用ns子系统可以使不同的进程组使用不同的namespace，以达到隔离的目的，不同的进程组有各自的进程、网络、文件系统挂载空间。
5.进程组控制（Control）。比如：使用freezer子系统可以将进程组挂起和恢复。
CGroup 支持的文件种类
表 1. CGroup 支持的文件种类
| 文件名 | R/W | 用途 |
|---|---|---|
Release_agent | RW | 删除分组时执行的命令，这个文件只存在于根分组 |
Notify_on_release | RW | 设置是否执行 release_agent。为 1 时执行 |
Tasks | RW | 属于分组的线程 TID 列表 |
Cgroup.procs | R | 属于分组的进程 PID 列表。仅包括多线程进程的线程 leader 的 TID，这点与 tasks 不同 |
Cgroup.event_control | RW | 监视状态变化和分组删除事件的配置文件 |
CGroup 相关概念解释
任务（task）。在 cgroups 中，任务就是系统的一个进程；
控制族群（control group）。控制族群就是一组按照某种标准划分的进程。Cgroups 中的资源控制都是以控制族群为单位实现。一个进程可以加入到某个控制族群，也从一个进程组迁移到另一个控制族群。一个进程组的进程可以使用 cgroups 以控制族群为单位分配的资源，同时受到 cgroups 以控制族群为单位设定的限制；
层级（hierarchy）。控制族群可以组织成 hierarchical 的形式，既一颗控制族群树。控制族群树上的子节点控制族群是父节点控制族群的孩子，继承父控制族群的特定的属性；
子系统（subsystem）。一个子系统就是一个资源控制器，比如 cpu 子系统就是控制 cpu 时间分配的一个控制器。子系统必须附加（attach）到一个层级上才能起作用，一个子系统附加到某个层级以后，这个层级上的所有控制族群都受到这个子系统的控制。
相互关系
每次在系统中创建新层级时，该系统中的所有任务都是那个层级的默认 cgroup（我们称之为 root cgroup，此 cgroup 在创建层级时自动创建，后面在该层级中创建的 cgroup 都是此 cgroup 的后代）的初始成员；
一个子系统最多只能附加到一个层级；
一个层级可以附加多个子系统；
一个任务可以是多个 cgroup 的成员，但是这些 cgroup 必须在不同的层级；
系统中的进程（任务）创建子进程（任务）时，该子任务自动成为其父进程所在 cgroup 的成员。然后可根据需要将该子任务移动到不同的 cgroup 中，但开始时它总是继承其父任务的 cgroup。
图 1. CGroup 层级图
图 1 所示的 CGroup 层级关系显示，CPU 和 Memory 两个子系统有自己独立的层级系统，而又通过 Task Group 取得关联关系。
CGroup 特点
在 cgroups 中，任务就是系统的一个进程。
控制族群（control group）。控制族群就是一组按照某种标准划分的进程。Cgroups 中的资源控制都是以控制族群为单位实现。一个进程可以加入到某个控制族群，也从一个进程组迁移到另一个控制族群。一个进程组的进程可以使用 cgroups 以控制族群为单位分配的资源，同时受到 cgroups 以控制族群为单位设定的限制。
层级（hierarchy）。控制族群可以组织成 hierarchical 的形式，既一颗控制族群树。控制族群树上的子节点控制族群是父节点控制族群的孩子，继承父控制族群的特定的属性。
子系统（subsytem）。一个子系统就是一个资源控制器，比如 cpu 子系统就是控制 cpu 时间分配的一个控制器。子系统必须附加（attach）到一个层级上才能起作用，一个子系统附加到某个层级以后，这个层级上的所有控制族群都受到这个子系统的控制。
子系统的介绍
blkio -- 这个子系统为块设备设定输入/输出限制，比如物理设备（磁盘，固态硬盘，USB 等等）。
cpu -- 这个子系统使用调度程序提供对 CPU 的 cgroup 任务访问。
cpuacct -- 这个子系统自动生成 cgroup 中任务所使用的 CPU 报告。
cpuset -- 这个子系统为 cgroup 中的任务分配独立 CPU（在多核系统）和内存节点。
devices -- 这个子系统可允许或者拒绝 cgroup 中的任务访问设备。
freezer -- 这个子系统挂起或者恢复 cgroup 中的任务。
memory -- 这个子系统设定 cgroup 中任务使用的内存限制，并自动生成由那些任务使用的内存资源报告。
net_cls -- 这个子系统使用等级识别符（classid）标记网络数据包，可允许 Linux 流量控制程序（tc）识别从具体 cgroup 中生成的数据包。
CGroup 应用架构
图 2. CGroup 典型应用架构图
如图 2 所示，CGroup 技术可以被用来在操作系统底层限制物理资源，起到 Container 的作用。图中每一个 JVM 进程对应一个 Container Cgroup 层级，通过 CGroup 提供的各类子系统，可以对每一个 JVM 进程对应的线程级别进行物理限制，这些限制包括 CPU、内存等等许多种类的资源。下一部分会具体对应用程序进行 CPU 资源隔离进行演示。
cgroup的安装
其实安装很简单，最佳实践就是yum直接安装（centos下）
配置文件
/etc/cgconfig.conf
mount { cpuset = /cgroup/cpuset;
cpu = /cgroup/cpu;
cpuacct = /cgroup/cpuacct;
memory = /cgroup/memory;
devices = /cgroup/devices;
freezer = /cgroup/freezer;
net_cls = /cgroup/net_cls;
blkio = /cgroup/blkio;
}
cgroup section的语法格式如下
- group <name> {
- [<permissions>]
- <controller> {
- <param name> = <param value>;
- …
- }
- …}
name: 指定cgroup的名称
permissions：可选项，指定cgroup对应的挂载点文件系统的权限，root用户拥有所有权限。
controller：子系统的名称
param name 和 param value：子系统的属性及其属性值
7.1 配置对mysql实例的资源限制
7.1.1 修改cgconfig.conf文件
- mount {
- cpuset = /cgroup/cpuset;
- cpu = /cgroup/cpu;
- cpuacct = /cgroup/cpuacct;
- memory = /cgroup/memory;
- blkio = /cgroup/blkio;
- }
- group mysql_g1 {
- cpu {
- cpu.cfs_quota_us = 50000;
- cpu.cfs_period_us = 100000;
- }
- cpuset {
- cpuset.cpus = "3";
- cpuset.mems = "0";
- }
- cpuacct{
- }
- memory {
- memory.limit_in_bytes=104857600;
- memory.swappiness=0;
- # memory.max_usage_in_bytes=104857600;
- # memory.oom_control=0;
- }
- blkio {
- blkio.throttle.read_bps_device="8:0 524288";
- blkio.throttle.write_bps_device="8:0 524288";
- }
- }
7.1.2 配置文件的部分解释。
cpu：cpu使用时间限额。
cpu.cfs_period_us和cpu.cfs_quota_us来限制该组中的所有进程在单位时间里可以使用的cpu时间。这里的cfs是完全公平调度器的缩写。cpu.cfs_period_us就是时间周期(微秒)，默认为100000，即百毫秒。cpu.cfs_quota_us就是在这期间内可使用的cpu时间(微秒)，默认-1，即无限制。(cfs_quota_us是cfs_period_us的两倍即可限定在双核上完全使用)。
cpuset：cpu绑定
我们限制该组只能在0一共1个超线程上运行。cpuset.mems是用来设置内存节点的。
本例限制使用超线程0上的第四个cpu线程。
其实cgconfig也就是帮你把配置文件中的配置整理到/cgroup/cpuset这个目录里面，比如你需要动态设置mysql_group1/ cpuset.cpus的CPU超线程号，可以采用如下的办法。
- [root@localhost ~]# echo "0" > mysql_group1/ cpuset.cpus
cpuacct：cpu资源报告
memory：内存限制
内存限制我们主要限制了MySQL可以使用的内存最大大小memory.limit_in_bytes=256M。而设置swappiness为0是为了让操作系统不会将MySQL的内存匿名页交换出去。
blkio：BLOCK IO限额
blkio.throttle.read_bps_device="8:0 524288"; #每秒读数据上限
blkio.throttle.write_bps_device="8:0 524288"; #每秒写数据上限
其中8:0对应主设备号和副设备号，可以通过ls -l /dev/sda查看
- [root@localhost /]# ls -l /dev/sda
- brw-rw----. 1 root disk 8, 0 Sep 15 04:19 /dev/sda
7.1.3 拓展知识
现在较新的服务器CPU都是numa结构<非一致内存访问结构（NUMA：Non-Uniform Memory Access）>，使用numactl --hardware可以看到numa各个节点的CPU超线程号，以及对应的节点号。
本例结果如下：
- [root@localhost /]# numactl --hardware
- available: 1 nodes (0)
- node 0 cpus: 0 1 2 3
- node 0 size: 1023 MB
- node 0 free: 68 MB
- node distances:
- node 0
- 0: 10
以下是较高端服务器的numa信息，仅作参考。
- [root@localhost ~]# numactl --hardware
- available: 4 nodes (0-3)
- node 0 cpus: 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60
- node 0 size: 16338 MB
- node 0 free: 391 MB
- node 1 cpus: 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61
- node 1 size: 16384 MB
- node 1 free: 133 MB
- node 2 cpus: 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62
- node 2 size: 16384 MB
- node 2 free: 137 MB
- node 3 cpus: 3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 63
- node 3 size: 16384 MB
- node 3 free: 186 MB
- node distances:
- node 0 1 2 3
- 0: 10 20 30 20
- 1: 20 10 20 30
- 2: 30 20 10 20
- 3: 20 30 20 10
7.1.4 修改cgrules.conf文件
- [root@localhost ~]# vi /etc/cgrules.conf
- # /etc/cgrules.conf
- #The format of this file is described in cgrules.conf(5)
- #manual page.
- #
- # Example:
- #<user> <controllers> <destination>
- #@student cpu,memory usergroup/student/
- #peter cpu test1/
- #% memory test2/
- *:/usr/local/mysql/bin/mysqld * mysql_g1
注：共分为3个部分，分别为需要限制的实例，限制的内容（如cpu，memory），挂载目标。
7.2 使配置生效
- [root@localhost ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
- Stopping cgconfig service: [ OK ]
- Starting cgconfig service: [ OK ]
- [root@localhost ~]# /etc/init.d/cgred restart
- Stopping CGroup Rules Engine Daemon... [ OK ]
- Starting CGroup Rules Engine Daemon: [ OK ]
注：重启顺序为cgconfig -> cgred ，更改配置文件后两个服务需要重启，且顺序不能错。
7.3 启动MySQL，查看MySQL是否处于cgroup的限制中
- [root@localhost ~]# ps -eo pid,cgroup,cmd | grep -i mysqld
- 29871 blkio:/;net_cls:/;freezer:/;devices:/;memory:/;cpuacct:/;cpu:/;cpuset:/ /bin/sh ./bin/mysqld_safe --defaults-file=/etc/my.cnf --basedir=/usr/local/mysql/ --datadir=/usr/local/mysql/data/
- 30219 blkio:/;net_cls:/;freezer:/;devices:/;memory:/;cpuacct:/;cpu:/;cpuset:/mysql_g1 /usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf --basedir=/usr/local/mysql/ --datadir=/usr/local/mysql/data/ --plugin-dir=/usr/local/mysql//lib/plugin --user=mysql --log-error=/usr/local/mysql/data//localhost.localdomain.err --pid-file=/usr/local/mysql/data//localhost.localdomain.pid --socket=/tmp/mysql.sock --port=3306
- 30311 blkio:/;net_cls:/;freezer:/;devices:/;memory:/;cpuacct:/;cpu:/;cpuset:/ grep -i mysqld
7.4 资源限制验证
使用mysqlslap对mysql进行压力测试，看mysql使用资源是否超过限制。
7.4.1 在shell窗口1用mysqlslap对mysql进行压力测试。
- [root@localhost /]# /usr/local/mysql/bin/mysqlslap --defaults-file=/etc/my.cnf --concurrency=150 --iterations=1 --number-int-cols=8 --auto-generate-sql --auto-generate-sql-load-type=mixed --engine=innodb --number-of-queries=100000 -ujesse -pjesse --number-char-cols=35 --auto-generate-sql-add-autoincrement --debug-info -P3306 -h127.0.0.1
7.4.2 在shell窗口2查看mysql对cpu，内存的使用
可见：cpu限制在了第四个核心上，且对第四个核心的使用限制在50%。
7.4.3 在shell窗口3查看io的消耗
可见：mysql对io的读及写消耗均限制在2M每秒以内。
8 cgroup实例分析（手工动态验证）
还原配置文件/etc/cgconfig.conf及/etc/cgrules.conf 为默认配置。测试实例依然为mysql，测试工具为mysqlslap。
开启cgconfig及cgrules 服务。
- [root@localhost /]# /etc/init.d/cgconfig restart
- Stopping cgconfig service: [ OK ]
- Starting cgconfig service: [ OK ]
- [root@localhost /]# /etc/init.d/cgred restart
- Stopping CGroup Rules Engine Daemon... [ OK ]
- Starting CGroup Rules Engine Daemon: [ OK ]
开启mysqlslap压力测试程序。
- [root@localhost /]# /usr/local/mysql/bin/mysqlslap --defaults-file=/etc/my.cnf --concurrency=150 --iterations=1 --number-int-cols=8 --auto-generate-sql --auto-generate-sql-load-type=mixed --engine=innodb --number-of-queries=100000 -ujesse -pjesse --number-char-cols=35 --auto-generate-sql-add-autoincrement --debug-info -P3306 -h127.0.0.1
通过htop查看资源消耗。
8.1 cpu限制实例
限制mysql使用一个核，如第2个核，且对该核的使用不超过50%
- [root@localhost /]# mkdir -p /cgroup/cpu/foo/
- [root@localhost /]# mkdir -p /cgroup/cpuset/foo/
- [root@localhost /]# echo 50000 > /cgroup/cpu/foo/cpu.cfs_quota_us
- [root@localhost /]# echo 100000 > /cgroup/cpu/foo/cpu.cfs_period_us
- [root@localhost /]# echo "0" > /cgroup/cpuset/foo/cpuset.mems
- [root@localhost /]# echo "1" > /cgroup/cpuset/foo/cpuset.cpus
- [root@localhost /]# echo 28819 > /cgroup/cpu/foo/tasks
其中：28819为mysqld的进程号。
8.2 内存限制实例
限制mysql使用内存为不超过512M
跑一个消耗内存脚本
- x='a'
- while [ True ];do
- x=$x$x
- done;
内存的消耗在不断增加，对其进行限制，使其使用内存在500M以内
- [root@localhost /]# mkdir -p /cgroup/memory/foo
- [root@localhost /]# echo 524288000 > /cgroup/memory/foo/memory.limit_in_bytes
- [root@localhost /]# echo 44476 > /cgroup/memory/foo/tasks
内存使用得到了有效控制。
8.3 IO限制实例
跑一个消耗IO的测试
- [root@localhost ~]# dd if=/dev/sda of=/dev/null
通过iotop看io占用情况，磁盘读取速度到了50M/s
限制读取速度为10M/S
- [root@localhost ~]# mkdir -p /cgroup/blkio/foo
- [root@localhost ~]# echo '8:0 10485760' > /cgroup/blkio/foo/blkio.throttle.read_bps_device
- [root@localhost ~]# echo 45033 > /cgroup/blkio/foo/tasks
注1:45033为dd的进程号
注2：8:0对应主设备号和副设备号，可以通过ls -l /dev/sda查看
- [root@localhost ~]# ls -l /dev/sda
- brw-rw----. 1 root disk 8, 0 Sep 15 04:19 /dev/sda
9 cgroup小结
使用cgroup临时对进程进行调整，直接通过命令即可，如果要持久化对进程进行控制，即重启后依然有效，需要写进配置文件/etc/cgconfig.conf及/etc/cgrules.conf
****************************************************************************************
原文地址：http://blog.csdn.net/jesseyoung/article/details/39077829
博客主页：http://blog.csdn.net/jesseyoung
