docker 容器基础技术:linux cgroup 简介

Linux cgroups 的全称是 Linux Control Groups,它是 Linux 内核的特性,主要作用是限制、记录和隔离进程组(process groups)使用的物理资源(cpu、memory、IO 等)

2006 的时候,Google 的一些工程师(主要是 Paul Menage 和 Rohit Seth)启动了这个项目,最初的名字叫 process containers。因为 container 在内核中名字有歧义,2007 的时候改名为 control groups,并合并到 2008 年发布的 2.6.24 内核版本。

最初 cgroups 的版本被称为 v1,这个版本的 cgroups 设计并不友好,理解起来非常困难。后续的开发工作由 Tejun Heo 接管,他重新设计并重写了 cgroups,新版本被称为 v2,并首次出现在 kernel 4.5 版本。

cgroups 从设计之初使命就很明确,为进程提供资源控制,它主要的功能包括:

  • 资源限制:限制进程使用的资源上限,比如最大内存、文件系统缓存使用限制
  • 优先级控制:不同的组可以有不同的优先级,比如 CPU 使用和磁盘 IO 吞吐
  • 审计:计算 group 的资源使用情况,可以用来计费
  • 控制:挂起一组进程,或者重启一组进程

目前 cgroups 已经成为很多技术的基础,比如 LXC、docker、systemd等。

NOTE:资源限制是这篇文章的重点,也是 docker 等容器技术的基础。其他特性可以参考内核 cgroups 文档。

cgroups 核心概念

前面说过,cgroups 是用来对进程进行资源管理的,因此 cgroup 需要考虑如何抽象这两种概念:进程和资源,同时如何组织自己的结构。cgroups 中有几个非常重要的概念:

  • task:任务,对应于系统中运行的一个实体,一般是指进程
  • subsystem:子系统,具体的资源控制器(resource class 或者 resource controller),控制某个特定的资源使用。比如 CPU 子系统可以控制 CPU 时间,memory 子系统可以控制内存使用量
  • cgroup:控制组,一组任务和子系统的关联关系,表示对这些任务进行怎样的资源管理策略
  • hierarchy:层级树,一系列 cgroup 组成的树形结构。每个节点都是一个 cgroup,cgroup 可以有多个子节点,子节点默认会继承父节点的属性。系统中可以有多个 hierarchy

虽然 cgroups 支持 hierarchy,允许不同的子资源挂到不同的目录,但是多个树之间有各种限制,增加了理解和维护的复杂性。在实际使用中,所有的子资源都会统一放到某个路径下(比如 ubuntu16.04 的 /sys/fs/cgroup/),因此本文并不详细介绍多个树的情况,感兴趣的可以参考 RedHat 的这篇文档。

子资源系统(Resource Classes or SubSystem)

目前有下面这些资源子系统:

  • Block IO(blkio):限制块设备(磁盘、SSD、USB 等)的 IO 速率
  • CPU Set(cpuset):限制任务能运行在哪些 CPU 核上
  • CPU Accounting(cpuacct):生成 cgroup 中任务使用 CPU 的报告
  • CPU (CPU):限制调度器分配的 CPU 时间
  • Devices (devices):允许或者拒绝 cgroup 中任务对设备的访问
  • Freezer (freezer):挂起或者重启 cgroup 中的任务
  • Memory (memory):限制 cgroup 中任务使用内存的量,并生成任务当前内存的使用情况报告
  • Network Classifier(net_cls):为 cgroup 中的报文设置上特定的 classid 标志,这样 tc 等工具就能根据标记对网络进行配置
  • Network Priority (net_prio):对每个网络接口设置报文的优先级
  • perf_event:识别任务的 cgroup 成员,可以用来做性能分析

Hierarchy

Linux 进程之间组成一棵树的结构,每个进程(除了 init 根进程之外)都有一个父进程,子进程创建之后会继承父进程的一些属性(比如环境变量,打开的文件描述符等)。

和进程模型类似,只不过 cgroups 是一个森林结构。

使用 cgroups

cgroup 内核功能比较有趣的地方是它没有提供任何的系统调用接口,而是通过文件系统来操作,cgroup 实现了一个

使用 cgroups 的方式有几种:

  • 使用 cgroups 提供的虚拟文件系统,直接通过创建、读写和删除目录、文件来控制 cgroups
  • 使用命令行工具,比如 libcgroup 包提供的 cgcreate、cgexec、cgclassify 命令
  • 使用 rules engine daemon 提供的配置文件
  • 当然,systemd、lxc、docker 这些封装了 cgroups 的软件也能让你通过它们定义的接口控制 cgroups 的内容

直接操作 cgroup 文件系统

查看 cgroups 挂载信息

在 ubuntu 16.04 的机器上,cgroups 已经挂载到文件系统上了,可以通过 mount 命令查看:

➜  ~ mount -t cgroup
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,xattr,release_agent=/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,net_cls,net_prio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpu,cpuacct)
cgroup on /sys/fs/cgroup/hugetlb type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,hugetlb,release_agent=/run/cgmanager/agents/cgm-release-agent.hugetlb)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset,clone_children)
cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,freezer)
cgroup on /sys/fs/cgroup/perf_event type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,perf_event,release_agent=/run/cgmanager/agents/cgm-release-agent.perf_event)
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,pids,release_agent=/run/cgmanager/agents/cgm-release-agent.pids)
cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,devices)
cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,blkio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory)

如果没有的话,也可以通过以下命令来把想要的 subsystem mount 到系统中:

$ mount -t cgroup -o cpu,cpuset,memory cpu_and_mem /cgroup/cpu_and_mem

上述命令表示把 cpu、cpuset、memory 三个子资源 mount 到 /cgroup/cpu_and_mem 目录下。

每个 cgroup 目录下面都会有描述该 cgroup 的文件,除了每个 cgroup 独特的资源控制文件,还有一些通用的文件:

  • tasks:当前 cgroup 包含的任务(task)pid 列表,把某个进程的 pid 添加到这个文件中就等于把进程移到该 cgroup
  • cgroup.procs:当前 cgroup 中包含的 thread group 列表,使用逻辑和 tasks 相同
  • notify_on_release:0 或者 1,是否在 cgroup 销毁的时候执行 notify。如果为 1,那么当这个 cgroup 最后一个任务离开时(退出或者迁移到其他 cgroup),并且最后一个子 cgroup 被删除时,系统会执行 release_agent 中指定的命令
  • release_agent:需要执行的命令

创建 cgroup

创建 cgroup,可以直接用 mkdir 在对应的子资源中创建一个目录:

➜  ~ mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/mycgroup
➜  ~ ls /sys/fs/cgroup/cpu/mycgroup
cgroup.clone_children  cpuacct.stat   cpuacct.usage_percpu  cpu.cfs_quota_us  cpu.stat           tasks
cgroup.procs           cpuacct.usage  cpu.cfs_period_us     cpu.shares        notify_on_release

上面命令在 cpu 子资源中创建了 mycgroup,创建 cgroup 之后,目录中会自动创建需要的文件。我们后面会详细讲解这些文件的含义,目前只需要知道它们能够控制对应子资源就行。

删除 cgroup

删除子资源,就是删除对应的目录:

$ rmdir /sys/fs/cgroup/cpu/mycgroup/

删除之后,如果 tasks 文件中有进程,它们会自动迁移到父 cgroup 中。

设置 cgroup 参数

设置 group 的参数就是直接往特定的文件中写入特定格式的内容,比如要限制 cgroup 能够使用的 CPU 核数:

$ echo 0-1 > /sys/fs/cgroup/cpuset/mycgroup/cpuset.cpus

把进程加入到 cgroup

要把某个已经运行的进程加入到 cgroup,可以直接往需要的 cgroup tasks 文件中写入进程的 PID:

$ echo 2358 > /sys/fs/cgroup/memory/mycgroup/tasks

在 cgroup 中运行进程

如果想直接把进程运行在某个 cgroup,但是运行前还不知道进程的 Pid 应该怎么办呢?

我们可以利用 cgroup 的继承方式来实现,因为子进程会继承父进程的 cgroup,因此我们可以把当前 shell 加入到要想的 cgroup:

echo $$ > /sys/fs/cgroup/cpu/mycgroup/tasks

上面的方案有个缺陷,运行完之后原来的 shell 还在 cgroup 中。如果希望进程运行完不影响当前使用的 shell,可以另起一个临时的 shell:

sh -c "echo \$$ > /sys/fs/cgroup/memory/mycgroup/tasks & & stress -m 1"

把进程移动到 cgroup

如果想要把进程移动到另外一个 cgroup,只要使用 echo 把进程 PID 写入到 cgroup tasks 文件中即可,原来 cgroup tasks 文件会自动删除该进程。

cgroup-tools

cgroup-tools 软件包提供了一系列命令可以操作和管理 cgroup,ubuntu 系统中可以通过下面的命令安装:

sudo apt-get install -y cgroup-tools

列出 cgroup mount 信息

最简单的,lssubsys 可以查看系统中存在的 subsystems:

➜  ~ lssubsys -am
cpuset /sys/fs/cgroup/cpuset
cpu,cpuacct /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct
blkio /sys/fs/cgroup/blkio
memory /sys/fs/cgroup/memory
devices /sys/fs/cgroup/devices
freezer /sys/fs/cgroup/freezer
net_cls,net_prio /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio
perf_event /sys/fs/cgroup/perf_event
hugetlb /sys/fs/cgroup/hugetlb
pids /sys/fs/cgroup/pids

创建 cgroup

cgcreate 可以用来为用户创建指定的 cgroups:

➜  sudo cgcreate -a cizixs -t cizixs -g cpu,memory:test1 
➜  ls cpu/test1 
cgroup.clone_children  cpuacct.stat   cpuacct.usage_all     cpuacct.usage_percpu_sys   cpuacct.usage_sys   cpu.cfs_period_us  cpu.shares  notify_on_release
cgroup.procs           cpuacct.usage  cpuacct.usage_percpu  cpuacct.usage_percpu_user  cpuacct.usage_user  cpu.cfs_quota_us   cpu.stat    tasks

上面的命令表示在 /sys/fs/cgroup/cpu/sys/fs/cgroup/memory 目录下面分别创建 test1 目录,也就是为 cpu 和 memory 子资源创建对应的 cgroup。

  • 选项 -t 指定 tasks 文件的用户和组,也就是指定哪些人可以把任务添加到 cgroup 中,默认是从父 cgroup 继承
  • -a 指定除了 tasks 之外所有文件(资源控制文件)的用户和组,也就是哪些人可以管理资源参数
  • -g 指定要添加的 cgroup,冒号前是逗号分割的子资源类型,冒号后面是 cgroup 的路径(这个路径会添加到对应资源 mount 到的目录后面)。也就是说在特定目录下面添加指定的子资源

删除 cgroup

知道怎么创建,也要知道怎么删除。不然系统中保留着太多用不到的 cgroup 浪费系统资源,也会让管理很麻烦。

cgdelete 可以删除对应的 cgroups,它和 cgcreate 命令类似,可以用 -g 指定要删除的 cgroup:

➜  cgroup sudo cgdelete -g cpu,memory:test1

cgdelete 也提供了 -r 参数可以递归地删除某个 cgroup 以及它所有的子 cgroup。

如果被删除的 cgroup 中有任务,这些任务会自动移到父 cgroup 中。

设置 cgroup 的参数

cgset 命令可以设置某个子资源的参数,比如如果要限制某个 cgroup 中任务能使用的 CPU 核数:

$ cgset -r cpuset.cpus=0-1 /mycgroup

-r 后面跟着参数的键值对,每个子资源能够配置的键值对都有自己的规定,我们会在后面详细解释。

cgset 还能够把一个 cgroup 的参数拷贝到另外一个 cgroup 中:

$ cgset --copy-from group1/ group2/

NOTE: cgset 如果设置没有成功也不会报错,请一定要注意。

在某个 cgroup 中运行进程

cgexec 执行某个程序,并把程序添加到对应的 cgroups 中:

➜  cgroup cgexec -g memory,cpu:cizixs bash

cgroups 是可以有层级结构的,因此可以直接创建具有层级关系的 cgroup,然后运行在该 cgroup 中:

$ cgcreate -g memory,cpu:groupname/foo
$ cgexec -g memory,cpu:groupname/foo bash

把已经运行的进程移动到某个 cgroup

要把某个已经存在的程序(能够知道它的 pid)移到某个 cgroup,可以使用 cgclassify 命令:

比如把当前 bash shell 移入到特定的 cgroup 中

$ cgclassify -g memory,cpu:/mycgroup $$

$$ 表示当前进程的 pid 号,上面命令可以方便地测试一些耗费内存或者 CPU 的进程,如果 /mycgroup 对 CPU 和 memory 做了限制。

这个命令也可以同时移动多个进程,它们 pid 之间用空格隔开:

$ cgclassify -g cpu,memory:group1 1701 1138

cgroup 子资源参数详解

每个 subssytem 负责系统的一部分资源管理,又分别提供多个参数可以控制,每个参数对应一个文件,往文件中写入特定格式的内容就能控制该资源。

blkio:限制设备 IO 访问

限制磁盘 IO 有两种方式:权重(weight)和上限(limit)。权重是给不同的应用(或者 cgroup)一个权重值,各个应用按照百分比来使用 IO 资源;上限是直接写死应用读写速率的最大值。

设置 cgroup 访问设备的权重

设置的权重并不能保证什么,当只有某个应用在读写磁盘时,不管它权重多少,都能使用磁盘。只有当多个应用同时读写磁盘时,才会根据权重为应用分配读写的速率。

  • blkio.weight:设置 cgroup 读写设备的权重,取值范围在 100-1000
  • blkio.weight_device:设置 cgroup 使用某个设备的权重。当访问该设备时,它会使用当前值,覆盖 blkio.weight 的值。内容的格式为 major:minor weight,前面是设备的 major 和 minor 编号,用来唯一表示一个设备,后面是 100-1000 之间的整数值。设备号的分配可以参考:https://www.kernel.org/doc/html/v4.11/admin-guide/devices.html

设置 cgroup 访问设备的限制

除了设置权重之外,还能设置 cgroup 磁盘的使用上限,保证 cgroup 中的进程读写磁盘的速率不会超过某个值。

  • blkio.throttle.read_bps_device:最多每秒钟从设备读取多少字节
  • blkio.throttle.read_iops_device:最多每秒钟从设备中执行多少次读操作
  • blkio.throttle.write_bps_device:最多每秒钟可以往设备写入多少字节
  • blkio.throttle.write_iops_device:最多每秒钟可以往设备执行多少次写操作

读写字节数的限制格式一样 major:minor bytes_per_second,前面两个数字代表某个设备,后面跟着一个整数,代表每秒读写的字节数,单位为比特,如果需要其他单位(KB、MB等)需要自行转换。比如要限制 /dev/sda 读速率上线为 10 Mbps,可以运行:

$ echo "8:0 10485760" >
/sys/fs/cgroup/blkio/mygroup/blkio.throttle.read_bps_device

iops 代表 IO per second,是每秒钟执行读写的次数,格式为 major:minor operations_per_second。比如,要限制每秒只能写 10 次,可以运行:

$ echo "8:0 10" >
/sys/fs/cgroup/blkio/mygroup/blkio.throttle.write_iops_device

除了限制磁盘使用之外,blkio 还提供了 throttle 规则下磁盘使用的统计数据。

  • blkio.throttle.io_serviced:cgroup 中进程读写磁盘的次数,文件中内容格式为 major:minor operation number,表示对磁盘进行某种操作(read、write、sync、async、total)的次数
  • blkio.throttle.io_service_bytes:和上面类似,不过这里保存的是操作传输的字节数
  • blkio.reset_stats:重置统计数据,往该文件中写入一个整数值即可
  • blkio.time:统计 cgroup 对各个设备的访问时间,格式为 major:minor milliseconds
  • blkio.io_serviced:CFQ 调度器下,cgroup 对设备的各种操作次数,和 blkio.throttle.io_serviced 刚好相反,所有不是 throttle 下的请求
  • blkio.io_services_bytes:CFQ 调度器下,cgroup 对各种设备的操作字节数
  • blkio.sectors:cgroup 中传输的扇区次数,格式为 major:minor sector_count
  • blkio.queued:cgroup IO 请求进队列的次数,格式为 number operation
  • blkio.dequeue:cgroup 的 IO 请求被设备出队列的次数,格式为 major:minor number
  • blkio.avg_queue_size
  • blkio.merged:cgroup 把 BIOS 请求合并到 IO 操作请求的次数,格式为 number operation
  • blkio.io_wait_time:cgroup 等待队列服务的时间
  • blkio.io_service_time:CFQ 调度器下,cgroup 处理请求的时间(从请求开始调度,到 IO 操作完成)

cpu:限制进程组 CPU 使用

CPU 子资源可以管理 cgroup 中任务使用 CPU 的行为,任务使用 CPU 资源有两种调度方式:完全公平调度(CFS,Completely Fair Scheduler)和 实时调度(RT,Real-Time Scheduler)。前者可以根据权重为任务分配响应的 CPU 时间片,后者能够限制使用 CPU 的核数。

CFS 调优参数:

CFS 调度下,每个 cgroup 都会分配一个权重,但是这个权重并不能保证任务使用 CPU 的具体数据。如果只有一个进程在运行(理论上,现实中机器上不太可能只有一个进程),不管它所在 cgroup 对应的 CPU 权重是多少,都能使用所有的 CPU 资源;在 CPU 资源紧张的情况,内核会根据 cgroup 的权重按照比例分配个给任务各自使用 CPU 的时间片。

CFS 调度模式下,也可以给 cgroup 分配一个使用上限,限制任务能使用 CPU 的核数。

设置 CPU 数字的单位都是微秒(microsecond),用 us 表示。

  • cpu.cfs_quota_us:每个周期 cgroup 中所有任务能使用的 CPU 时间,默认为 -1,表示不限制 CPU 使用。需要配合 cpu.cfs_period_us 一起使用,一般设置为 100000(docker 中设置的值)
  • cpu.cfs_period_us:每个周期中 cgroup 任务可以使用的时间周期,如果想要限制 cgroup 任务每秒钟使用 0.5 秒 CPU,可以在 cpu.cfs_quota_us100000 的情况下把它设置为 50000。如果它的值比 cfs_quota_us 大,表明进程可以使用多个核 CPU,比如 200000 表示进程能够使用 2.0
  • cpu.stat:CPU 使用的统计数据,nr_periods 表示已经过去的时间周期;nr_throttled 表示 cgroup 中任务被限制使用 CPU 的次数(因为超过了规定的上限);throttled_time 表示被限制的总时间
  • cpu.shares:cgroup 使用 CPU 时间的权重值。如果两个 cgroup 的权重都设置为 100,那么它们里面的任务同时运行时,使用 CPU 的时间应该是一样的;如果把其中一个权重改为 200,那么它能使用的 CPU 时间将是对方的两倍。

RT 调度模式下的参数:

RT 调度模式下和 CFS 中上限设置类似,区别是它只是限制实时任务的 CPU。

  • cpu.rt_period_us:设置一个周期时间,表示多久 cgroup 能够重新分配 CPU 资源
  • cpu.rt_runtime_us:设置运行时间,表示在周期时间内 cgroup 中任务能访问 CPU 的时间。这个限制是针对单个 CPU 核数的,如果是多核,需要乘以对应的核数

cpuacct: 任务使用 CPU 情况统计

cpuacct 不做任何资源限制,它的功能是资源统计,自动地统计 cgroup 中任务对 CPU 资源的使用情况,统计数据也包括子 cgroup 中的任务。

  • cpuacct.usage:该 cgroup 中所有任务(包括子 cgroup 中的任务,下同)总共使用 CPU 的时间,单位是纳秒(ns)。往文件中写入 0 可以重置统计数据
  • cpuacct.stat:该 cgroup 中所有任务使用 CPU 的user 和 system 时间,也就是用户态 CPU 时间和内核态 CPU 时间
  • cpuacct.usage_percpu:该 cgroup 中所有任务使用各个 CPU 核数的时间,单位为纳秒(ns)

cpuset: cpu 绑定

除了限制 CPU 的使用量,cgroup 还能把任务绑定到特定的 CPU,让它们只运行在这些 CPU 上,这就是 cpuset 子资源的功能。除了 CPU 之外,还能绑定内存节点(memory node)。

NOTE:在把任务加入到 cpuset 的 task 文件之前,用户必须设置 cpuset.cpuscpuset.mems 参数。

  • cpuset.cpus:设置 cgroup 中任务能使用的 CPU,格式为逗号(,)隔开的列表,减号(-)可以表示范围。比如,0-2,7 表示 CPU 第 0,1,2,和 7 核。
  • cpuset.mems:设置 cgroup 中任务能使用的内存节点,和 cpuset.cpus 格式一样

上面两个是最常用的参数,cpuset 中有很多其他参数,需要对 CPU 调度机制有深入的了解,很少用到,而且我也不懂,所以就不写了,具体可以参考参考文档中 RedHat 网站。

memory:限制内存使用

memory 子资源系统能限制 cgroup 中任务对内存的使用,也能生成它们使用数据的报告。

控制内存使用:

  • memory.limit_in_bytes:cgroup 能使用的内存上限值,默认为字节;也可以添加 k/Km/Mg/G 单位后缀。往文件中写入 -1 来移除设置的上限,表示不对内存做限制
  • memory.memsw.limit_in_bytes:cgroup 能使用的内存加 swap 上限,用法和上面一样。写入 -1 来移除上限
  • memory.failcnt:任务使用内存量达到 limit_in_bytes 上限的次数
  • memory.memsw.failcnt:任务使用内存加 swap 量达到 memsw.limit_in_bytes 上限的次数
  • memory.soft_limit_in_bytes:设置内存软上限。如果内存充足, cgroup 中的任务可以用到 memory.limit_in_bytes 设定的内存上限;当时当内存资源不足时,内核会让任务使用的内存不超过 soft_limit_in_bytes 中的值。文件内容的格式和 limit_in_bytes 一样
  • memory.swappiness:设置内核 swap out 进程内存(而不是从 page cache 中回收页) 的倾向。默认值为 60,低于 60 表示降低倾向,高于 60 表示增加倾向;如果值高于 100,表示允许内核 swap out 进程地址空间的页。如果值为 0 表示倾向很低,而不是禁止该行为。

OOM 操作:

OOM 是 out of memory 的缩写,可以翻译成内存用光。cgroup 可以控制内存用完之后应该怎么处理进程,默认情况下,用光内存的进程会被杀死。

memory.oom_control:是否启动 OOM killer,如果启动(值为 0,是默认情况)超过内存限制的进程会被杀死;如果不启动(值为 1),使用超过限定内存的进程不会被杀死,而是被暂停,直到它释放了内存能够被继续使用。

统计内存使用情况:

  • memory.stat:汇报内存的使用情况,里面的数据包括:
    • cache:页缓存(page cache)字节数,包括 tmpfs(shmem)
    • rss:匿名和 swap cache 字节数,不包括 tmpfs
    • mapped_file:内存映射(memory-mapped)的文件大小,包括 tmpfs,单位是字节
    • pgpgin: paged into 内存的页数
    • pgpgout:paged out 内存的页数
    • swap:使用的 swap 字节数
    • active_anon:活跃的 LRU 列表中匿名和 swap 缓存的字节数,包括 tmpfs
    • inactive_anon:不活跃的 LRU 列表中匿名和 swap 缓存的字节数,包括 tmpfs
    • active_file:活跃 LRU 列表中文件支持的(file-backed)的内存字节数
    • inactive_file:不活跃列表中文件支持的(file-backed)的内存字节数
    • unevictable:不可以回收的内存字节数
  • memory.usage_in_bytes:cgroup 中进程当前使用的总内存字节数
  • memory.memsw.usage_in_bytes:cgroup 中进程当前使用的总内存加上总 swap 字节数
  • memory.max_usage_in_bytes:cgroup 中进程使用的最大内存字节数
  • memory.memsw.max_usage_in_bytes:cgroup 中进程使用的最大内存加 swap 字节数

net_cls:为网络报文分类

net_cls 子资源能够给网络报文打上一个标记(classid),这样内核的 tc(traffic control)模块就能根据这个标记做流量控制。

net_cls.classid:包含一个整数值。从文件中读取是的十进制,写入的时候需要是十六进制。比如,0x100001 写入到文件中,读取的将是 1048577ip 命令操作的形式为 10:1

这个值的格式为 0xAAAABBBB,一共 32 位,分成前后两个部分,前置的 0 可以忽略,因此 0x100010x00010001 一样,表示为 1:1

net_prio:网络报文优先级

net_prio(Network Priority)子资源能够动态设置 cgroup 中应用在网络接口的优先级。网络优先级是报文的一个属性值,tc可以设置网络的优先级,socket 也可以通过 SO_PRIORITY 选项设置它(但是很少应用会这么做)。

  • net_prio.prioidx:只读文件,里面包含了一个整数值,内核用来标识这个 cgroup
  • net_prio.ifpriomap:网络接口的优先级,里面可以包含很多行,用来为从网络接口中发出去的报文设置优先级。每行的格式为 network_interface priority,比如 echo "eth0 5" > /sys/fs/cgroup/net_prio/mycgroup/net_prio.ifpriomap

devices:设备黑白名单

device 子资源可以允许或者阻止 cgroup 中的任务访问某个设备,也就是黑名单和白名单的作用。

  • devices.allow:cgroup 中的任务能够访问的设备列表,格式为 type major:minor access
    • type 表示类型,可以为 a(all), c(char), b(block)
    • major:minor 代表设备编号,两个标号都可以用* 代替表示所有,比如 *:* 代表所有的设备
    • accss 表示访问方式,可以为 r(read),w(write), m(mknod) 的组合
  • devices.deny:cgroup 中任务不能访问的设备,和上面的格式相同
  • devices.list:列出 cgroup 中设备的黑名单和白名单

freezer

freezer 子资源比较特殊,它并不和任何系统资源相关,而是能暂停和恢复 cgroup 中的任务。

  • freezer.state:这个文件值存在于非根 cgroup 中(因为所有的任务默认都在根 cgroup 中,停止所有的任务显然是错误的行为),里面的值表示 cgroup 中进程的状态:
    • FROZEN:cgroup 中任务都被挂起(暂停)
    • FREEZING:cgroup 中任务正在被挂起的过程中
    • THAWED:cgroup 中的任务已经正常恢复

要想挂起某个进程,需要先把它移动到某个有 freezer 的 cgroup 中,然后 Freeze 这个 cgroup。

NOTE:如果某个 cgroup 处于挂起状态,不能往里面添加任务。用户可以写入 FROZENTHAWED 来控制进程挂起和恢复,FREEZING 不受用户控制。

总结

cgroup 提供了强大的功能,能够让我们控制应用的资源使用情况,也能统计资源使用数据,是容器技术的基础。但是 cgroup 整个系统也很复杂,甚至显得有些混乱,目前 cgroup 整个在被重写,新的版本被称为 cgroup V2,而之前的版本也就被称为了 V1。

cgroup 本身并不提供对网络资源的使用控制,只能添加简单的标记和优先级,具体的控制需要借助 linux 的 TC 模块来实现。

参考资料

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