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

  1. 任务(task)。在 cgroups 中,任务就是系统的一个进程;
  2. 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;
  3. 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;
  4. 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

  1. 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;
  2. 一个子系统最多只能附加到一个层级;
  3. 一个层级可以附加多个子系统;
  4. 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;
  5. 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

  1. group <name> {
  2. [<permissions>]
  3. <controller> {
  4. <param name> = <param value>;
  5. }
  6. …}

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

前提:MySQL数据库已在机器上安装

7.1.1 修改cgconfig.conf文件

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  1. mount {
  2. cpuset = /cgroup/cpuset;
  3. cpu = /cgroup/cpu;
  4. cpuacct = /cgroup/cpuacct;
  5. memory = /cgroup/memory;
  6. blkio = /cgroup/blkio;
  7. }
  8. group mysql_g1 {
  9. cpu {
  10. cpu.cfs_quota_us = 50000;
  11. cpu.cfs_period_us = 100000;
  12. }
  13. cpuset {
  14. cpuset.cpus = "3";
  15. cpuset.mems = "0";
  16. }
  17. cpuacct{
  18. }
  19. memory {
  20. memory.limit_in_bytes=104857600;
  21. memory.swappiness=0;
  22. # memory.max_usage_in_bytes=104857600;
  23. # memory.oom_control=0;
  24. }
  25. blkio {
  26. blkio.throttle.read_bps_device="8:0 524288";
  27. blkio.throttle.write_bps_device="8:0 524288";
  28. }
  29. }

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。

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  1. [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

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  1. [root@localhost /]# ls -l /dev/sda
  2. 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:

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  1. [root@localhost /]# numactl --hardware
  2. available: 1 nodes (0)
  3. node 0 cpus: 0 1 2 3
  4. node 0 size: 1023 MB
  5. node 0 free: 68 MB
  6. node distances:
  7. node 0
  8. 0: 10

以下是较高端服务器的numa信息,仅作参考。

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  1. [root@localhost ~]# numactl --hardware
  2. available: 4 nodes (0-3)
  3. node 0 cpus: 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60
  4. node 0 size: 16338 MB
  5. node 0 free: 391 MB
  6. node 1 cpus: 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61
  7. node 1 size: 16384 MB
  8. node 1 free: 133 MB
  9. node 2 cpus: 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62
  10. node 2 size: 16384 MB
  11. node 2 free: 137 MB
  12. node 3 cpus: 3 7 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 63
  13. node 3 size: 16384 MB
  14. node 3 free: 186 MB
  15. node distances:
  16. node 0 1 2 3
  17. 0: 10 20 30 20
  18. 1: 20 10 20 30
  19. 2: 30 20 10 20
  20. 3: 20 30 20 10

7.1.4 修改cgrules.conf文件

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  1. [root@localhost ~]# vi /etc/cgrules.conf
  2. # /etc/cgrules.conf
  3. #The format of this file is described in cgrules.conf(5)
  4. #manual page.
  5. #
  6. # Example:
  7. #<user> <controllers> <destination>
  8. #@student cpu,memory usergroup/student/
  9. #peter cpu test1/
  10. #% memory test2/
  11. *:/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

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  1. [root@localhost ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
  2. Stopping cgconfig service: [ OK ]
  3. Starting cgconfig service: [ OK ]
  4. [root@localhost ~]# /etc/init.d/cgred restart
  5. Stopping CGroup Rules Engine Daemon... [ OK ]
  6. 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

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  1. [root@localhost ~]# ps -eo pid,cgroup,cmd | grep -i mysqld
  2. 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/
  3. 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
  4. 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。

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  1. [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。

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  1. [root@localhost /]# /etc/init.d/cgconfig restart
  2. Stopping cgconfig service: [ OK ]
  3. Starting cgconfig service: [ OK ]
  4. [root@localhost /]# /etc/init.d/cgred restart
  5. Stopping CGroup Rules Engine Daemon... [ OK ]
  6. Starting CGroup Rules Engine Daemon: [ OK ]

开启mysqlslap压力测试程序。

[plain] view plain copy

  1. [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%

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  1. [root@localhost /]# mkdir -p /cgroup/cpu/foo/
  2. [root@localhost /]# mkdir -p /cgroup/cpuset/foo/
  3. [root@localhost /]# echo 50000 > /cgroup/cpu/foo/cpu.cfs_quota_us
  4. [root@localhost /]# echo 100000 > /cgroup/cpu/foo/cpu.cfs_period_us
  5. [root@localhost /]# echo "0" > /cgroup/cpuset/foo/cpuset.mems
  6. [root@localhost /]# echo "1" > /cgroup/cpuset/foo/cpuset.cpus
  7. [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

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  1. x='a'
  2. while [ True ];do
  3. x=$x$x
  4. 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

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  1. [root@localhost /]# mkdir -p /cgroup/memory/foo
  2. [root@localhost /]# echo 524288000 > /cgroup/memory/foo/memory.limit_in_bytes
  3. [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

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  1. [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

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  1. [root@localhost ~]# mkdir -p /cgroup/blkio/foo
  2. [root@localhost ~]# echo '8:0 10485760' > /cgroup/blkio/foo/blkio.throttle.read_bps_device
  3. [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

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  1. [root@localhost ~]# ls -l /dev/sda
  2. 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

来自为知笔记(Wiz)

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