Libvirt、Docker的基礎技術-CGroups介紹

CGroups簡介

CGroup 是 Control Groups 的縮寫，是Linux 內核提供的一種可以限制、記錄、隔離進程組 (process groups) 所使用的物理資源 (如 cpu memory i/o等等)的機制，這種機制可以根據需求把一系列系統任務及其子任務整合（或分隔）到按資源劃分等級的不同組內，從而為系統資源管理提供一個統一的框架。Libvirt將創建的虛擬機放到Cgroups 劃分的資源區中，從而實現所有虛擬機、部分虛擬機、單個虛擬機的資源控制，例如控制虛擬機的磁盤IO帶寬。容器也是利用CGroups 來限制cpu、io、內存、 網絡等資源的。

CGroups的四大功能

資源限制：cgroups 可以對任務是要的資源總額進行限制。比如設定任務運行時使用的內存上限，一旦超出就發 OOM。

優先級分配：通過分配的 CPU 時間片數量和磁盤 IO 帶寬，實際上就等同于控制了任務運行的優先級。

資源統計：cgoups 可以統計系統的資源使用量，比如 CPU 使用時長、內存用量等。這個功能非常適合當前云端產品按使用量計費的方式。

任務控制：cgroups 可以對任務執行掛起、恢復等操作。

CGroups的4個重要概念

任務（task）。在 Cgroups 中，任務就是系統的一個進程或線程，在 linux 系統中，內核本身的調度和管理并不對進程和線程進行區分，只是根據 clone 時傳入的參數的不同來從概念上區分進程和線程；

控制組（Cgroup）。Cgroups 中的資源控制都是以Cgroup為單位實現。一個進程可以加入到某個Cgroup，也從一個進程組遷移到另一個Cgroup。一個Cgroup的進程可以使用 CGroups 以Cgroup為單位分配的資源，同時受到 CGroups 以 Cgroup 為單位設定的限制；

層級（hierarchy）。層級有一系列 cgroup 以一個樹狀結構排列而成，每個層級通過綁定對應的子系統進行資源控制。層級中的 cgroup 節點可以包含零個或多個子節點，子節點繼承父節點掛載的子系統。一個操作系統中可以有多個層級

子系統（subsystem）。一個子系統就是一個資源控制器，比如 cpu 子系統就是控制 cpu 時間分配的一個控制器，內存子系統可以限制內存的使用量。子系統必須附加（attach）到一個層級上才能起作用，一個子系統附加到某個層級以后，這個層級上的所有控制族群都受到這個子系統的控制。

CGroups和CGroup的區別

1.CGroups：cgroups是Linux內核中的一個機制，我們用它來作容器資源的限制等功能。

2.CGroup：cgroup中文叫做控制組。它是cgroups實現資源控制的一個基本單位。cgroup表示按某種資源控制標準劃分而成的一個任務組。它其中包含有一個或多個任務。

4個重要概念之間的相互關系

1.每次在系統中創建新層級時，該系統中的所有任務都是那個層級的默認 cgroup（我們稱之為 root cgroup，此 cgroup 在創建層級時自動創建，后面在該層級中創建的 cgroup 都是此 cgroup 的后代）的初始成員

2.一個子系統最多只能附加到一個層級；

3.一個層級可以附加多個子系統；

4.一個任務可以是多個 cgroup 的成員，但是這些 cgroup 必須在不同的層級；

5.系統中的進程（任務）創建子進程（任務）時，該子任務自動成為其父進程所在 cgroup 的成員。然后可根據需要將該子任務移動到不同的 cgroup 中，但開始時它總是繼承其父任務的 cgroup。

CGroups 層級圖示例

如圖所示的 CGroup 層級關系顯示，CPU 和 Memory 兩個子系統有自己獨立的層級系統，而又通過 Task Group 取得關聯關系。

Cgroups子系統介紹

1.cpuset這個子系統為 cgroup 中的任務分配獨立 CPU（在多核系統）和內存節點。

2.cpu 這個子系統使用調度程序提供對 CPU 的 cgroup 任務訪問。

3.cpuacct這個子系統自動生成 cgroup 中任務所使用的 CPU 報告。

4.blkio 這個子系統為塊設備設定I/O訪問控制，比如物理設備（磁盤，固態硬盤，USB 等等）。

5.memory這個子系統設定 cgroup 中任務使用的內存限制，并自動生成由那些任務使用的內存資源報告。

6.devices 這個子系統可允許或者拒絕 cgroup 中的任務訪問設備。

7.freezer 這個子系統掛起或者恢復 cgroup 中的任務。

8.net_cls 這個子系統使用等級識別符（classid）標記網絡數據包，這讓linux流量控制器（tc）可以識別來自特定cgroup任務的數據包，并進行網絡限制。

9.perf_event：這個子系統可以使cgroup中的任務進行統一的性能測試。

可以在/proc/cgroups查看當前內核支持的子系統

CGroups典型應用架構

如圖所示，CGroups 技術可以被用來在操作系統底層限制物理資源，起到 Container 的作用。圖中每一個 JVM 進程對應一個 Container Cgroup 層級，通過 CGroup 提供的各類子系統，可以對每一個 JVM 進程對應的線程級別進行物理限制，這些限制包括 CPU、內存等等許多種類的資源。
CGroups的相關文件

CGroups 以文件的方式提供應用接口，我們可以通過 mount 命令來查看 cgroups 的掛載點：

查看下cgroups的子系統：

查看下cpu子系統下的控制組：

如圖目錄machine、system.slice、user.slice是現在已有的控制組。

這期就先到著，下期我們繼續學習CGroups在Libvirt上的應用。

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