systemd 是 Linux 的一个初始化系统和服务管理器，它依赖于 Linux 内核的 cgroups（Control Groups）功能来实现对系统资源的高效管理。以下是对两者关系的详细解读：

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1. 什么是 cgroups？

cgroups 是 Linux 内核提供的一种资源管理功能，允许将进程组织成组，并对这些组的资源使用进行限制和监控。它主要支持以下功能：

• 资源限制：限制 CPU、内存、I/O 等资源的使用量。
• 优先级分配：为不同的进程组分配不同的资源优先级。
• 资源统计：监控资源使用情况。
• 进程隔离：隔离不同进程的资源使用。
• 冻结和恢复：暂停或恢复一组进程的执行。

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2. systemd 中的 cgroups 支持

systemd 是 cgroups 的核心用户之一，它通过 cgroups 来管理系统服务和用户会话。每当 systemd 启动一个服务时，它会为该服务创建一个专属的 cgroup，用于隔离和管理其资源。

特性：

• 每个服务独立的 cgroup：每个通过 systemd 启动的服务都会在 cgroups 中创建一个层级（例如 /sys/fs/cgroup/system.slice/<service_name>.service）。
• 支持 cgroups v1 和 v2：systemd 支持 cgroups 的两种版本，cgroups v2 是默认的，提供了统一的资源控制接口。
• 动态管理：可以在服务运行时动态调整其资源限制。

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3. systemd 和 cgroups 的层次结构

在 systemd 中，服务、用户会话等都映射到 cgroups 的层次结构。主要的层次有：

1. slice（切片）：
   • 是 cgroups 的顶层分类，用于组织资源。
   • 常见的 slice：
     • system.slice：用于管理系统服务。
     • user.slice：用于管理用户会话。
     • machine.slice：用于管理虚拟机和容器。
2. scope（作用域）：
   • 一组相关的进程，但不由 systemd 启动。例如，通过 dbus 添加的用户会话。
3. service（服务）：
   • 由 systemd 管理的服务，每个服务都对应一个 cgroup。

示例路径：

• /sys/fs/cgroup/system.slice/sshd.service：sshd 服务的 cgroup。
• /sys/fs/cgroup/user.slice/user-1000.slice：用户 ID 为 1000 的用户会话。

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4. 常用配置和操作

配置文件：

systemd 提供了一些参数用于配置服务的资源控制，它们通常放在 .service 文件中，例如：

• CPU 限制：
  • CPUQuota=：限制服务的 CPU 使用百分比。例如，CPUQuota=50% 表示最多使用 50% 的 CPU。
• 内存限制：
  • MemoryLimit=：限制服务的最大内存使用量。
• I/O 限制：
  • IOWeight=：设置服务的 I/O 权重。

运行时管理：

通过 systemctl 和 systemd-cgls 工具可以查看和管理 cgroups：

• 查看服务状态及其资源限制：

  systemctl status <service_name>

• 查看 cgroups 层次结构：

  systemd-cgls

• 动态调整资源：

  systemctl set-property <service_name> MemoryLimit=500M

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5. cgroups v2 的改进

在 cgroups v2 中，资源控制接口被统一，不再像 v1 那样分为多个子系统（subsystems）。主要改进包括：

• 单一层次结构：所有 cgroup 控制器共享一个层次。
• 更简单的 API：统一的资源配置文件格式，便于管理。
• 更强的隔离：子 cgroup 无法影响父 cgroup 的行为。

systemd 对 cgroups v2 的支持已经非常成熟，并在现代发行版中默认启用。

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6. 实战案例：限制服务资源

以 nginx.service 为例，限制其 CPU 使用为 50%，内存为 512MB：

1. 编辑配置：

   systemctl set-property nginx.service CPUQuota=50% systemctl set-property nginx.service MemoryLimit=512M

2. 重启服务：

   systemctl restart nginx.service

3. 查看限制：

   systemctl show nginx.service | grep -E "CPUQuota|MemoryLimit"

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通过结合 systemd 和 cgroups，Linux 系统可以实现强大的资源管理和隔离，适用于服务的性能优化和稳定性保障。