什么是cgroups？

cgroups是Linux內(nèi)核中的一項功能，最初由Google的工程師提出，后來被整合進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的不同組內(nèi)，從而為系統(tǒng)資源管理提供一個統(tǒng)一的框架。

基本功能

• 資源限制：cgroups可以對進程組使用的資源進行限制，如CPU時間、內(nèi)存使用量、I/O帶寬等。一旦進程組使用的資源達到限額，再申請資源時可能會受到限制或觸發(fā)相應(yīng)的錯誤處理機制（如OOM，Out of Memory）。
• 優(yōu)先級控制：通過cgroups，用戶可以為進程組分配特定的CPU份額，從而控制其運行的優(yōu)先級。
• 資源記錄：cgoups還可以記錄進程組使用的資源數(shù)量，如CPU時間、內(nèi)存使用量等，便于用戶進行監(jiān)控和分析。
• 進程組隔離：使用cgroups，用戶可以使不同的進程組使用不同的命名空間（namespace），以達到隔離的目的。不同的進程組將有各自的進程、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)掛載空間等。
• 進程組控制：cgroups提供了對進程組的控制功能，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)的一個進程。一個進程可以加入到某個cgroup中，也可以從一個cgroup遷移到另一個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，包含一個或多個子系統(tǒng)。cgroups中的資源控制都是以控制族群為單位實現(xiàn)的。
• 層級（Hierarchy）：cgroups具有層次結(jié)構(gòu)，類似于文件系統(tǒng)的層次樹。每個cgroup可以包含多個子CGroup，資源控制是自上而下繼承的。層級中的cgroup節(jié)點可以包含零個或多個子節(jié)點，子節(jié)點繼承父節(jié)點掛載的子系統(tǒng)。
• 子系統(tǒng)（Subsystem）：一個子系統(tǒng)就是一個資源調(diào)度控制器（又稱controllers），如CPU子系統(tǒng)可以控制CPU的時間分配，內(nèi)存子系統(tǒng)可以限制內(nèi)存的使用量。子系統(tǒng)必須附加到一個層級上才能起作用，一個子系統(tǒng)附加到某個層級以后，這個層級上的所有cgroup都受到這個子系統(tǒng)的控制。

為什么使用cgroups？

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

比如要使用內(nèi)存的時候，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)存出來供資源使用，達到上限時就會觸發(fā)OOM；

cgroups控制子系統(tǒng)

命令：pidstat

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

基本語法

pidstat [options] [interval] [count]

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

關(guān)鍵參數(shù)

• -u：默認參數(shù)，顯示每個進程的CPU利用率（用戶空間、內(nèi)核空間）。
• -r：顯示每個進程的內(nèi)存使用情況，包括頁面錯誤（minflt/majflt）和虛擬內(nèi)存大小（VSZ）及實際使用的物理內(nèi)存（RSS）。
• -d：顯示每個進程的磁盤I/O統(tǒng)計，如讀寫操作的數(shù)量和帶寬。
• -w：顯示每個進程的上下文切換次數(shù)（自愿和非自愿）。
• -p PID：監(jiān)視指定PID的進程。
• -t：包含線程級別的統(tǒng)計信息。

如：
每2秒輸出一次所有進程的CPU和內(nèi)存使用情況：

pidstat -ru 2

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

pidstat -urd 5 -p 1234

顯示特定進程及其線程的CPU使用率：

pidstat -ut 1 -p <process_id>

命令：stress

stress命令是一個用于對Linux系統(tǒng)進行壓力測試的工具，它可以模擬多種類型的負載，包括CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)等。

基本語法：

stress [OPTION [ARG]]

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

例如：

監(jiān)控壓力測試進程，每兩秒監(jiān)控一次：

pidstat-C stress-p ALL-u2 10000

壓力測試cpu：

stress-c 1

通過pidstat監(jiān)控看到

壓力測試IO，system資源會被占用：

stress-i 1

壓力測試內(nèi)存，虛擬內(nèi)存是不變的，而真實內(nèi)存是不斷變化的；
因為需要不斷進行數(shù)據(jù)交換

stress-m --vm-bytes 50m

壓力進程的寫入能力測試

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)，這里它被用來掛載cgroup的根目錄。
cgroup類型表示這是一個cgroup掛載點，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，/sys/fs/cgroup/目錄下會包含各種cgroup（控制組）子系統(tǒng)的掛載點。
user.slice是systemd用來管理用戶會話的一個cgroup層級，它包含了所有用戶級別的進程和服務(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)計信息。

使用cgroups對內(nèi)存的控制

先進入到內(nèi)存控制目錄

cd/sys/fs/cgroup/memory

創(chuàng)建一個測試目錄，并進入；

mkdir test_memlimit
cd test_memlimit

內(nèi)存限制文件已經(jīng)自動在新目錄中建立;

更改內(nèi)存最大限制為20M:

echo "20971520" > memory.limit_in_bytes

開啟對內(nèi)存的監(jiān)控和壓力測試:

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

將stress進程放入cgroup策略中:

echo "3605712" > tasks

進程無法申請到足夠的內(nèi)存而退出.

使用cgroups對cpu進行控制

mount | grep cg

創(chuàng)建測試目錄并進入：

mkdir test_cpu
cd test_cpu

開啟cpu壓力測試并監(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

將進程放入tasks進行控制:

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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