docker-简单说说cgroup

前面我们简单说了下namespace， 现在我们来接着简单说说cgroup。通过docker-简单说说namespace文章我们知道： namespace 是为了隔离进程组之间的资源，那cgroup就是为了对进程组的监控和限制资源。Cgroup 可以限制进程组使用的资源数量和分配（包括CPU、内存、网络带宽、磁盘I/O等），并将它们隔离到一个或多个分层的分组中，以实现对进程、任务或用户组的资源限制。这使得 Cgroup 成为用于容器隔离的关键技术，并可以帮助保护系统免受不安全或恶意代码的破坏

什么是cgroup？

cgroup（control groups）是Linux下的一种将进程按组进行管理的机制，在用户层看来，cgroup技术就是把系统中的所有进程组织成一颗一颗独立的树，每棵树都包含系统的所有进程，树的每个节点是一个进程组，而每颗树又和一个或者多个subsystem关联，树的作用是将进程分组，而subsystem的作用就是对这些组进行操作。

主要功能

它主要提供了如下功能：

  • Resource limitation: 限制资源使用，比如内存使用上限以及文件系统的缓存限制。
  • Prioritization: 优先级控制，比如：CPU利用和磁盘IO吞吐。
  • Accounting: 一些审计或一些统计，主要目的是为了计费。
  • Control: 挂起进程，恢复执行进程。

核心概念

1- subsystem

cgroup中的subsystem就是一个资源调度控制器(Resource Controller)。subsystem被关联到一颗cgroup 树上，就会在树上节点做具体操作（用来调度或者限制进程的资源）。比如CPU子系统可以控制CPU时间分配，内存子系统可以限制cgroup内存使用量

2- hierarchy

hierarchy由一系列cgroup以一个树状结构排列而成，树的每个节点就是一个进程组，每个hierarchy通过绑定对应的subsystem进行资源调度。hierarchy中的cgroup节点可以包含零或多个子节点，子节点继承父节点的属性。

3- task

在Cgroup中，task就是系统的一个进程

操作

本文使用环境centos3.10.0 , cgroup v1

如何查看当前系统支持哪些subsystem

[root@linjian ~]# cat /proc/cgroups
#subsys_name    hierarchy       num_cgroups     enabled
cpuset  6       9       1
cpu     5       81      1
cpuacct 5       81      1
memory  8       79      1
devices 11      78      1
freezer 10      9       1
net_cls 3       9       1
blkio   2       78      1
perf_event      7       9       1
hugetlb 4       9       1
pids    9       78      1
net_prio        3       9       1

subsys_name： subsystem的名字

hierarchy： subsystem关联的cgroup树的id，如果多个subsystem关联到同一颗cgroup树，那么他们的hierarchy数据一样。

当以下情况，hierarchy 字段将为0：

  • 当前subsystem没有和任何cgroup树绑定
  • 当前subsystem已经和cgroup v2的树绑定
  • 当前subsystem没有被内核开启

num_cgroups：subsystem关联cgroup树中进程组的个数（树上节点的个数）。

enabled：1：开启，0：关闭

查看cgroup是否开启

[root@linjian ~]# uname -r
3.10.0-1160.24.1.el7.x86_64
[root@linjian ~]# cat /boot/config-3.10.0-1160.24.1.el7.x86_64 | grep CGROUP
CONFIG_CGROUPS=y # y 已经开启了
# CONFIG_CGROUP_DEBUG is not set
CONFIG_CGROUP_FREEZER=y
CONFIG_CGROUP_PIDS=y
CONFIG_CGROUP_DEVICE=y
CONFIG_CGROUP_CPUACCT=y
CONFIG_CGROUP_HUGETLB=y
CONFIG_CGROUP_PERF=y
CONFIG_CGROUP_SCHED=y
CONFIG_BLK_CGROUP=y
# CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP is not set
CONFIG_NETFILTER_XT_MATCH_CGROUP=m
CONFIG_NET_CLS_CGROUP=y
CONFIG_NETPRIO_CGROUP=y

查看cgroup 使用版本

stat -fc %T /sys/fs/cgroup/ 如果v2，输出为 cgroup2fs ；v1 输出 tmpfs

[root@linjian ~]# stat -fc %T /sys/fs/cgroup/
tmpfs

查看当前进程属于哪些cgroup

[root@linjian ~]# cat /proc/$$/cgroup
11:devices:/user.slice
10:freezer:/
9:pids:/user.slice
8:memory:/user.slice
7:perf_event:/
6:cpuset:/
5:cpuacct,cpu:/user.slice
4:hugetlb:/
3:net_prio,net_cls:/
2:blkio:/user.slice
1:name=systemd:/user.slice/user-0.slice/session-1422.scope

冒号隔开

第一个：cgroup树的ID与/proc/cgroups文件中的ID一一对应。

第二个：和cgroup树绑定的所有subsystem（多个subsystem用逗号隔开）。如果name=systemd，表示没有和任何subsystem绑定。

第三个：进程在cgroup树中的路径（挂载点的相对路径），即进程所属的cgroup。

查看目前Linux支持的subsystem（12种）

[root@linjian ~]# ls -lh /sys/fs/cgroup
total 0
drwxr-xr-x 5 root root  0 Dec 26 23:00 blkio
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Dec 26 23:00 cpu -> cpu,cpuacct
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Dec 26 23:00 cpuacct -> cpu,cpuacct
drwxr-xr-x 8 root root  0 Jan  2 10:01 cpu,cpuacct
drwxr-xr-x 3 root root  0 Dec 26 23:00 cpuset
drwxr-xr-x 5 root root  0 Dec 26 15:02 devices
drwxr-xr-x 3 root root  0 Dec 26 23:00 freezer
drwxr-xr-x 3 root root  0 Dec 26 23:00 hugetlb
drwxr-xr-x 6 root root  0 Jan  2 10:01 memory
lrwxrwxrwx 1 root root 16 Dec 26 23:00 net_cls -> net_cls,net_prio
drwxr-xr-x 3 root root  0 Dec 26 23:00 net_cls,net_prio
lrwxrwxrwx 1 root root 16 Dec 26 23:00 net_prio -> net_cls,net_prio
drwxr-xr-x 3 root root  0 Dec 26 23:00 perf_event
drwxr-xr-x 5 root root  0 Dec 26 23:00 pids
drwxr-xr-x 5 root root  0 Dec 26 23:00 systemd
  • cpu ：限制cgroup的CPU使用率。
  • cpuacct ：统计cgroup的CPU的使用率。
  • cpuset：绑定cgroup到指定CPUs和NUMA节点。
  • memory ：统计和限制cgroup的内存的使用率，包括process memory, kernel memory, 和swap。
  • devices ：限制cgroup创建(mknod)和访问设备的权限。
  • freezer ：suspend和restore一个cgroup中的所有进程。
  • net_cls ：将一个cgroup中进程创建的所有网络包加上一个classid标记，用于tc和iptables。 只对发出去的网络包生效，对收到的网络包不起作用。
  • blkio ：限制cgroup访问块设备的IO速度。
  • perf_event ：对cgroup进行性能监控
  • net_prio ：针对每个网络接口设置cgroup的访问优先级。
  • hugetlb ：限制cgroup的huge pages的使用量。
  • pids ：限制一个cgroup及其子孙cgroup中的总进程数。

cgroup操作

挂载cgroup

[root@linjian home]# mkdir cgroupTest
[root@linjian home]# cd cgroupTest/
[root@linjian cgroupTest]# ls
[root@linjian cgroupTest]# mkdir demo01
# 创建一颗新的cgroup树，然后挂载到demo01目录
[root@linjian cgroupTest]# mount -t cgroup -o none,name=demo01 demo01 ./demo01
[root@linjian cgroupTest]# cd demo01/
[root@linjian demo01]# ls -lha
total 4.0K
drwxr-xr-x 2 root root    0 Jan  3 20:47 .
drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jan  3 20:44 ..
-rw-r--r-- 1 root root    0 Jan  3 20:47 cgroup.clone_children
--w--w--w- 1 root root    0 Jan  3 20:47 cgroup.event_control
-rw-r--r-- 1 root root    0 Jan  3 20:47 cgroup.procs
-r--r--r-- 1 root root    0 Jan  3 20:47 cgroup.sane_behavior
-rw-r--r-- 1 root root    0 Jan  3 20:47 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root    0 Jan  3 20:47 release_agent
-rw-r--r-- 1 root root    0 Jan  3 20:47 tasks
[root@linjian demo01]# wc -l cgroup.procs
131 cgroup.procs

创建/删除cgroup

[root@linjian demo01]# mkdir cgroupT01    // 创建子cgroup
[root@linjian demo01]# cd cgroupT01/
[root@linjian cgroupT01]# ls
cgroup.clone_children  cgroup.event_control  cgroup.procs  notify_on_release  tasks
[root@linjian cgroupT01]# wc -l cgroup.procs
0 cgroup.procs
[root@linjian cgroupT01]# cd ..
[root@linjian demo01]# rmdir cgroupT01  // 删除
[root@linjian demo01]# ls
cgroup.clone_children  cgroup.event_control  cgroup.procs  cgroup.sane_behavior  notify_on_release  release_agent  tasks

限制进程数

客户端1

[root@linjian ~]# mount|grep pids
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,pids)
[root@linjian ~]# cd /sys/fs/cgroup/pids/
[root@linjian pids]# mkdir limitTest
[root@linjian pids]# cd limitTest/
[root@linjian limitTest]# ls 
cgroup.clone_children  cgroup.event_control  cgroup.procs  notify_on_release  pids.current  pids.max  tasks
[root@linjian limitTest]# cat pids.max
max
[root@linjian limitTest]# cat pids.current 
0
[root@linjian limitTest]# echo 1 > pids.max
[root@linjian limitTest]# echo $$ > cgroup.procs

pids.current: 表示当前cgroup及其所有子孙cgroup中现有的总的进程数量

pids.max: 当前cgroup及其所有子孙cgroup中所允许创建的总的最大进程数量

客户端2

[root@linjian ~]# cd /sys/fs/cgroup/pids/
[root@linjian pids]# mkdir limitTest
[root@linjian pids]# cd limitTest/
[root@linjian limitTest]# ls 
cgroup.clone_children  cgroup.event_control  cgroup.procs  notify_on_release  pids.current  pids.max  tasks
[root@linjian limitTest]# cat pids.max
max
[root@linjian limitTest]# cat pids.current 
0

客户端1

# 创建新进程失败
[root@linjian limitTest]# ls
-bash: fork: retry: No child processes
-bash: fork: retry: No child processes
-bash: fork: retry: No child processes

限制内存使用

[root@linjian ~]# mount|grep memory
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory)
[root@linjian ~]# cd /sys/fs/cgroup/memory
# 创建子group
[root@linjian memory]# mkdir limitTest  
[root@linjian memory]# cd limitTest/
[root@linjian limitTest]# ls
cgroup.clone_children  memory.kmem.limit_in_bytes          memory.kmem.tcp.usage_in_bytes  memory.memsw.max_usage_in_bytes  memory.soft_limit_in_bytes  tasks
cgroup.event_control   memory.kmem.max_usage_in_bytes      memory.kmem.usage_in_bytes      memory.memsw.usage_in_bytes      memory.stat
cgroup.procs           memory.kmem.slabinfo                memory.limit_in_bytes           memory.move_charge_at_immigrate  memory.swappiness
memory.failcnt         memory.kmem.tcp.failcnt             memory.max_usage_in_bytes       memory.numa_stat                 memory.usage_in_bytes
memory.force_empty     memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      memory.memsw.failcnt            memory.oom_control               memory.use_hierarchy
memory.kmem.failcnt    memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  memory.memsw.limit_in_bytes     memory.pressure_level            notify_on_release
[root@linjian limitTest]#  
# 查看使用的情况
[root@linjian limitTest]# cat memory.usage_in_bytes
0
# 查看限定额度
[root@linjian limitTest]# cat memory.limit_in_bytes
9223372036854771712
# 限定64k
[root@linjian limitTest]# echo 64k > memory.limit_in_bytes

限制cpu使用

[root@linjian memory]# mount|grep cpu
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuacct,cpu)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset)
[root@linjian memory]# cd /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct
[root@linjian cpu,cpuacct]# mkdir limitTest
[root@linjian cpu,cpuacct]# cd limitTest/
[root@linjian limitTest]# ls
cgroup.clone_children  cgroup.procs  cpuacct.usage         cpu.cfs_period_us  cpu.rt_period_us   cpu.shares  notify_on_release
cgroup.event_control   cpuacct.stat  cpuacct.usage_percpu  cpu.cfs_quota_us   cpu.rt_runtime_us  cpu.stat    tasks
[root@linjian limitTest]# cat cpu.cfs_quota_us
-1
# 设置只能使用1个cpu的20%的时间
[root@linjian limitTest]# echo 20000 > cpu.cfs_quota_us
[root@linjian limitTest]# cat cpu.cfs_quota_us
20000
[root@linjian limitTest]# echo $$
12649
[root@linjian limitTest]# echo 12649 > cgroup.procs
[root@linjian limitTest]# while :; do echo limitTest > /dev/null; done

客户端2

# 可以看到已经占满了
[root@linjian ~]# top
top - 21:43:19 up 8 days,  6:42,  8 users,  load average: 0.01, 0.02, 0.05
Tasks: 135 total,   2 running, 133 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  8.0 us,  4.7 sy,  0.0 ni, 86.8 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.5 si,  0.0 st
KiB Mem :  3880104 total,   112104 free,  1317032 used,  2450968 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.  2281320 avail Mem PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                                 
12649 root      20   0  115648   2196   1716 R  20.3  0.1   0:07.64 bash  
[root@linjian ~]# cat /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct/limitTest/cpu.stat
nr_periods 462 #表示过去了多少个cpu.cfs_period_us里面配置的时间周期 
nr_throttled 460 # 在上面的这些周期中，有多少次是受到了限制
throttled_time 36266699145 # cgroup中的进程被限制使用CPU持续了多长时间(纳秒)

cgroup和namespace区别

namespace：为了隔离进程组之间的资源

cgroup：为了对一组进程进行的资源监控和限制。

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