什么是cgroups？

cgroups是Linux內(nèi)核中的一項(xiàng)功能，最初由Google的工程師提出，后來(lái)被整合進(jìn)Linux內(nèi)核;
它允許用戶將一系列系統(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。

基本功能

• 資源限制：cgroups可以對(duì)進(jìn)程組使用的資源進(jìn)行限制，如CPU時(shí)間、內(nèi)存使用量、I/O帶寬等。一旦進(jìn)程組使用的資源達(dá)到限額，再申請(qǐng)資源時(shí)可能會(huì)受到限制或觸發(fā)相應(yīng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制（如OOM，Out of Memory）。
• 優(yōu)先級(jí)控制：通過(guò)cgroups，用戶可以為進(jìn)程組分配特定的CPU份額，從而控制其運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)。
• 資源記錄：cgoups還可以記錄進(jìn)程組使用的資源數(shù)量，如CPU時(shí)間、內(nèi)存使用量等，便于用戶進(jìn)行監(jiān)控和分析。
• 進(jìn)程組隔離：使用cgroups，用戶可以使不同的進(jìn)程組使用不同的命名空間（namespace），以達(dá)到隔離的目的。不同的進(jìn)程組將有各自的進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)掛載空間等。
• 進(jìn)程組控制：cgroups提供了對(duì)進(jìn)程組的控制功能，如掛起、恢復(fù)等。

組成結(jié)構(gòu)

• 任務(wù)（Task）：在cgroups中，任務(wù)就是系統(tǒng)的一個(gè)進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程可以加入到某個(gè)cgroup中，也可以從一個(gè)cgroup遷移到另一個(gè)cgroup。
• 控制族群（Control Group）：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)。cgroups中的資源控制都是以控制族群為單位實(shí)現(xiàn)的。
• 層級(jí)（Hierarchy）：cgroups具有層次結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于文件系統(tǒng)的層次樹(shù)。每個(gè)cgroup可以包含多個(gè)子CGroup，資源控制是自上而下繼承的。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)。
• 子系統(tǒng)（Subsystem）：一個(gè)子系統(tǒng)就是一個(gè)資源調(diào)度控制器（又稱controllers），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。子系統(tǒng)必須附加到一個(gè)層級(jí)上才能起作用，一個(gè)子系統(tǒng)附加到某個(gè)層級(jí)以后，這個(gè)層級(jí)上的所有cgroup都受到這個(gè)子系統(tǒng)的控制。

為什么使用cgroups？

它能夠?qū)pu、內(nèi)存等資源做到精細(xì)的控制，目前的輕量級(jí)容器Docker和k8s就是使用了cgroup提供的資源限制能力對(duì)cpu、內(nèi)存等資源進(jìn)行資源控制。

比如要使用內(nèi)存的時(shí)候，假如全部有2G內(nèi)存，我們能夠根據(jù)我們的需求具體分配出400m內(nèi)存出來(lái)供資源使用，達(dá)到上限時(shí)就會(huì)觸發(fā)OOM；

cgroups控制子系統(tǒng)

命令：pidstat

pidstat是Linux系統(tǒng)中的一個(gè)性能分析工具，它屬于sysstat套件的一部分。這個(gè)命令可以用來(lái)監(jiān)控特定進(jìn)程或所有進(jìn)程的CPU使用率、內(nèi)存使用情況、I/O活動(dòng)以及上下文切換等資源使用狀況。

基本語(yǔ)法

pidstat [options] [interval] [count]

• interval：指定兩次采樣之間的間隔時(shí)間（單位為秒）。
• count：可選參數(shù)，用于指定要顯示統(tǒng)計(jì)信息的次數(shù)。

關(guān)鍵參數(shù)

• -u：默認(rèn)參數(shù)，顯示每個(gè)進(jìn)程的CPU利用率（用戶空間、內(nèi)核空間）。
• -r：顯示每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存使用情況，包括頁(yè)面錯(cuò)誤（minflt/majflt）和虛擬內(nèi)存大?。╒SZ）及實(shí)際使用的物理內(nèi)存（RSS）。
• -d：顯示每個(gè)進(jìn)程的磁盤(pán)I/O統(tǒng)計(jì)，如讀寫(xiě)操作的數(shù)量和帶寬。
• -w：顯示每個(gè)進(jìn)程的上下文切換次數(shù)（自愿和非自愿）。
• -p PID：監(jiān)視指定PID的進(jìn)程。
• -t：包含線程級(jí)別的統(tǒng)計(jì)信息。

如：
每2秒輸出一次所有進(jìn)程的CPU和內(nèi)存使用情況：

pidstat -ru 2

監(jiān)視PID為1234的進(jìn)程的CPU、內(nèi)存和磁盤(pán)I/O，并每隔5秒輸出一次：

pidstat -urd 5 -p 1234

顯示特定進(jìn)程及其線程的CPU使用率：

pidstat -ut 1 -p <process_id>

命令：stress

stress命令是一個(gè)用于對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行壓力測(cè)試的工具，它可以模擬多種類(lèi)型的負(fù)載，包括CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等。

基本語(yǔ)法：

stress [OPTION [ARG]]

• -c ,–cpu N：模擬N個(gè)CPU核心的負(fù)載。
• -m --vm N：模擬N個(gè)虛擬內(nèi)存設(shè)備的負(fù)載。
• –vm-bytes B：指定每個(gè)虛擬內(nèi)存設(shè)備的大小為B（單位可以是K、M、G）。
• -i, --io N：模擬N個(gè)磁盤(pán)I/O操作的負(fù)載（注意：在某些版本中，這個(gè)選項(xiàng)可能被–hdd替代）。
• -t, --timeout T：指定壓力測(cè)試運(yùn)行T秒后自動(dòng)停止。

例如：

監(jiān)控壓力測(cè)試進(jìn)程，每?jī)擅氡O(jiān)控一次：

pidstat-C stress-p ALL-u2 10000

壓力測(cè)試cpu：

stress-c 1

通過(guò)pidstat監(jiān)控看到

壓力測(cè)試IO，system資源會(huì)被占用：

stress-i 1

壓力測(cè)試內(nèi)存，虛擬內(nèi)存是不變的，而真實(shí)內(nèi)存是不斷變化的；
因?yàn)樾枰粩噙M(jìn)行數(shù)據(jù)交換

stress-m --vm-bytes 50m

壓力進(jìn)程的寫(xiě)入能力測(cè)試

stress -d 1

cgroups信息查看

版本查看

cat /proc/filesystems | grep cg

如果看到 cgroup2，表示支持cgroup v2；

子系統(tǒng)查看

cat /proc/cgroups

cgroup 掛載信息查看

mount |  grep cgroup

顯示當(dāng)前掛載的文件系統(tǒng)，這些行顯示了不同的cgroup子系統(tǒng)是如何掛載到文件系統(tǒng)中的
tmpfs是一種基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)，這里它被用來(lái)掛載cgroup的根目錄。
cgroup類(lèi)型表示這是一個(gè)cgroup掛載點(diǎn)，后面的參數(shù)（如name=systemd）指定了cgroup子系統(tǒng)的名稱。

顯示當(dāng)前shell進(jìn)程所屬的cgroup（控制組）信息

ll /sys/fs/cgroup/memory/user.slice

當(dāng)使用了systemd作為初始化系統(tǒng)（init system）時(shí)，/sys/fs/cgroup/目錄下會(huì)包含各種cgroup（控制組）子系統(tǒng)的掛載點(diǎn)。
user.slice是systemd用來(lái)管理用戶會(huì)話的一個(gè)cgroup層級(jí)，它包含了所有用戶級(jí)別的進(jìn)程和服務(wù)。

查看該目錄下的文件：

這些文件允許你讀取或設(shè)置cgroup的內(nèi)存限制和統(tǒng)計(jì)信息。

使用cgroups對(duì)內(nèi)存的控制

先進(jìn)入到內(nèi)存控制目錄

cd/sys/fs/cgroup/memory

創(chuàng)建一個(gè)測(cè)試目錄，并進(jìn)入；

mkdir test_memlimit
cd test_memlimit

內(nèi)存限制文件已經(jīng)自動(dòng)在新目錄中建立;

更改內(nèi)存最大限制為20M:

echo "20971520" > memory.limit_in_bytes

開(kāi)啟對(duì)內(nèi)存的監(jiān)控和壓力測(cè)試:

pidstat -C stress -p ALL -r 2 10000 
stress -m 1 --vm-bytes 50m

將stress進(jìn)程放入cgroup策略中:

echo "3605712" > tasks

進(jìn)程無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存而退出.

使用cgroups對(duì)cpu進(jìn)行控制

mount | grep cg

創(chuàng)建測(cè)試目錄并進(jìn)入：

mkdir test_cpu
cd test_cpu

開(kāi)啟cpu壓力測(cè)試并監(jiān)控:

stress -c 1
pidstat -C stress -p ALL-u 2 10000

cpu_period_us:表示cpu可以使用的帶寬，默認(rèn)值是100000
cpu_quota_us:表示cgroup可以使用的帶寬，-1表示CPU不受cgroup的限制；
我們將cpu_quota_us/cpu_period_us就能表示cpu的利用率

將cpu利用率改到20%:

echo "20000"> cpu.cfs_quota_us

將進(jìn)程放入tasks進(jìn)行控制:

echo "3615387" > tasks

cpu利用率變?yōu)?0%

到此這篇關(guān)于Docker中cgroups資源控制實(shí)戰(zhàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Docker cgroups資源控制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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