linux cgroups详细介绍

Cgroups是什么？

cgroups(Control Groups) 是 linux 内核提供的一种机制，这种机制可以根据需求把一系列系统任务及其子任务整合(或分隔)到按资源划分等级的不同组内，从而为系统资源管理提供一个统一的框架。简单说，cgroups 可以限制、记录任务组所使用的物理资源。本质上来说，cgroups 是内核附加在程序上的一系列钩子(hook)，通过程序运行时对资源的调度触发相应的钩子以达到资源追踪和限制的目的。

本文以 Ubuntu 16.04 系统为例介绍 cgroups，所有的 demo 均在该系统中演示。

为什么要了解 cgroups

在以容器技术为代表的虚拟化技术大行其道的时代了解 cgroups 技术是非常必要的！比如我们可以很方便的限制某个容器可以使用的 CPU、内存等资源，这究竟是如何实现的呢？通过了解 cgroups 技术，我们可以窥探到 linux 系统中整个资源限制系统的脉络。从而帮助我们更好的理解和使用 linux 系统。

cgroups 的主要作用

实现 cgroups 的主要目的是为不同用户层面的资源管理提供一个统一化的接口。从单个任务的资源控制到操作系统层面的虚拟化，cgroups 提供了四大功能：

相关概念

Task(任务) 在 linux 系统中，内核本身的调度和管理并不对进程和线程进行区分，只是根据 clone 时传入的参数的不同来从概念上区分进程和线程。这里使用 task 来表示系统的一个进程或线程。

Cgroup(控制组) cgroups 中的资源控制以 cgroup 为单位实现。Cgroup 表示按某种资源控制标准划分而成的任务组，包含一个或多个子系统。一个任务可以加入某个 cgroup，也可以从某个 cgroup 迁移到另一个 cgroup。

Subsystem(子系统) cgroups 中的子系统就是一个资源调度控制器(又叫 controllers)。比如 CPU 子系统可以控制 CPU 的时间分配，内存子系统可以限制内存的使用量。以笔者使用的 Ubuntu 16.04.3 为例，其内核版本为 4.10.0，支持的 subsystem 如下( cat /proc/cgroups)：
blkio 对块设备的 IO 进行限制。
cpu 限制 CPU 时间片的分配，与 cpuacct 挂载在同一目录。
cpuacct 生成 cgroup 中的任务占用 CPU 资源的报告，与 cpu 挂载在同一目录。
cpuset 给 cgroup 中的任务分配独立的 CPU(多处理器系统) 和内存节点。
devices 允许或禁止 cgroup 中的任务访问设备。
freezer 暂停/恢复 cgroup 中的任务。
hugetlb 限制使用的内存页数量。
memory 对 cgroup 中的任务的可用内存进行限制，并自动生成资源占用报告。
net_cls 使用等级识别符（classid）标记网络数据包，这让 Linux 流量控制器（tc 指令）可以识别来自特定 cgroup 任务的数据包，并进行网络限制。
net_prio 允许基于 cgroup 设置网络流量(netowork traffic)的优先级。
perf_event 允许使用 perf 工具来监控 cgroup。
pids 限制任务的数量。

Hierarchy(层级) 层级有一系列 cgroup 以一个树状结构排列而成，每个层级通过绑定对应的子系统进行资源控制。层级中的 cgroup 节点可以包含零个或多个子节点，子节点继承父节点挂载的子系统。一个操作系统中可以有多个层级。

cgroups 的文件系统接口