Linux Cgroups 详解
ooouuuooouuu 2018-11-14
Namespace是用來實現進程之間的隔離,但是并没有限制其空间的大小。如果想要限制一个进程可以使用的空间，保证各个进程之间不会互相争抢就要用到 Cgroups。
Linux Cgroups(Linux Control Groups)提供了对一组进程及将来子进程的资源限制、控制、统计的能力。这些资源包括cpu、内存、存储、网络 等。通过Cgroups，可以方便的控制某个进程占用的资源，并可以实施监控和统计信息。
Cgroups中的三个组件
cgroup 是对进程分组管理的一种机制，一个cgroup包含一组进程，并可以在这个cgroup上增加Linux subsystem的各种参数配置，将一组进程和一 组subsystem的系统参数关联起来。
subsystem 是一组资源控制的模块。包含以下几项。
- blkio 设置对块设备输入输出的访问控制。例如磁盘
- cpu 设置cgroup中进程的cpu被调度策略。
- cpuacct 可以统计cgroup中进程的cpu占用。
- cpuset 在多核机器上，设置cgroup中进程可以使用的cpu和内存。此处仅限于NUMA架构。
- devices 控制cgroup对设备的访问。
- freezer 挂起(suspend)和恢复(resue) cgroup中的进程。
- memory 用于控制cgroup中进程的内存占用。
- net_cls 将cgroup中进程产生的网络包分类，便于linux tc（traffic controller）可以根据分类区分出来自某个cgroup包并做监控。
- net_prio 设置cgroup中进程产生的网络流量的优先级。
- ns 使cgroup中的进程在新的Namespace中fork新进程时，创建一个新的cgroup，这个cgroup包含新的Namespace中的进程。
每个subsystem会关联到定义的cgroup，并对这个cgroup中的进程做限制和控制。这些subsystem是逐步合并到内核中的，可以安装apt-get install cgroup-bin 然后通过 lssubsys -a 查看
- hierarchy 把一组cgroup串成一个柱状结构，这样的树便是一个hierarchy，通过这种结构，Cgroups可以做到继承。
三个组件的关系
- 系统创建hierarchy 之后，所有的进程都会加入这个hierarchy的cgroup的根节点。在这个cgroup根节点是hierarchy默认创建的。
- 一个subsystem只能附加到一个hierarchy上面。
- 一个进程可以作为多个cgroup的成员，但是cgroup必须在不同的hierarchy中。
- 一个进程fork的子进程和父进程在同一个cgroup中也可以根据需要移到其他cgroup中。
Kernel接口
前面说道Cgroups中的hierarchy是一种树状结构，Kernel为了对Cgroups的配置更直观，也会显示为树状结构。下面进行实例，了解如何操作Cgroups。
首先创建并挂在一个hierarchy(cgroup树)，如下.
leon@leon:~$ mkdir cgroup-test
leon@leon:~$ sudo mount -t cgroup -o none,name=cgroup1 cgroup1 ./cgroup-test/
leon@leon:~$ ls ./cgroup-test/
cgroup.clone_children cgroup.procs cgroup.sane_behavior notify_on_release release_agent tasks这些文件就是这个hierarchy中cgroup根节点的配置项，上面这些文件含义如下。
- cgroup.clone_children, cpuset的subsystem会读取这个文件的配置，如果值是1(默认值0)，子cgroup才会继承父cgroup的cpuset配置。
- cgroup.procs 是树中当前结点cgroup的进程组id，现在的位置是在根节点，这个文件中会有现在系统中所有进程组的ID。
- notify_on_release和release_agent会在一起使用。notify_on_release标识当这个cgroup最后一个进程退出的时候是否执行了 release_agent;release_agent则是一个路径，通常用作进程退出后自动清理掉不再使用的cgroup。
- tasks标识该cgroup下面的进程ID，如果把一个进程ID写到tasks中便会将相应的进程加入到这个cgroup中。
然后创建刚才建立的hierarchy上cgroup根节点中扩展出的两个子cgroup。
可以看到创建子文件夹的同时，Kernel会标记这个cgroup的子cgroup，他们会继承父cgroup的属性。
- 在cgroup中添加和移动进程 一个进程在Cgroups的hierarchy中，只能在一个cgroup节点上存在，系统所有进程都会默认在根节点上存在，可以将进程移动到其他节点上，只需要将 进程ID移动到cgroup节点的tasks文件即可。
可以看到当前进程已经被添加到cgroup-1中了。**第一行**
通过subsystem限制cgroup进程的资源 上面的hierarchy没有关系任何的subsystem，所以没有限制cgroup占用的系统资源。本质系统默认为subsystem创建了hierarchy，比如memory的hierarchy。
可以看到/sys/fs/cgroup/memory目录挂载在memory subsystem的hierarchy上。下面进入到memory目录下创建cgroup。限制内存。
这样就创建成功，并添加了内存使用的限制。
可以看到9752 使用内存最大为100M
Docker是如何使用Cgroups的
Docker是通过Cgroups实现容器资源的限制和监控。 
可以看到最大限制是134217728 使用的是1970176.这些都是我们在/sys/fs/cgroup/memory中找到的。由此可见docker本质上也是这样做的。
Go语言实现Cgroups限制容器资源
在Namespace的基础之上增加Cgroup的限制，使其具有限制内存的功能。
package main
import (
"os"
"os/exec"
"log"
"syscall"
"path"
"fmt"
"io/ioutil"
"strconv"
)
const cgroupMemoryHierarchyMount = "/sys/fs/cgroup/memory" //内存挂载点的路径
func main() {//
if os.Args[0] == "/proc/self/exe"{
fmt.Printf("current pid %d", syscall.Getpid())
fmt.Println()
cmd := exec.Command("sh", "-c" ,"strees --vm-bytes 200m --vm-keep -m 1") // 之前我们通过命令行，这里命令还是一样的。
cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
}
cmd.Stdin = os.Stdin
cmd.Stdout = os.Stdout
cmd.Stderr = os.Stderr
if err := cmd.Run();err!=nil{
fmt.Println(err)
os.Exit(1)
}
}
cmd :=exec.Command("/proc/self/exe")
cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
Cloneflags:syscall.CLONE_NEWUTS|syscall.CLONE_NEWPID|syscall.CLONE_NEWNS,
}
cmd.Stdin = os.Stdin
cmd.Stdout = os.Stdout
cmd.Stderr = os.Stderr
if err := cmd.Start(); err !=nil{
fmt.Println("error", err)
os.Exit(1)
}else {
//获取fork的进程pid
fmt.Printf("%v" ,cmd.Process.Pid)
// 在系统中默认创建挂在了memory subsystem的hierarchy上创建Cgroup
os.Mkdir(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit"),0755)
// 将容器加入到这个Cgroup中
ioutil.WriteFile(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit","tasks"),[]byte(strconv.Itoa(cmd.Process.Pid)),0644)
//限制cgroup的使用
ioutil.WriteFile(path.Join(cgroupMemoryHierarchyMount,"testmemorylimit","memory.limit_in_bytes"),[]byte("100m"),0644)
}
cmd.Process.Wait()
}
通过top就可以查看。
