linux(centos8):使用cgroups做资源限制

一，什么是cgroups? 

1，cgroups是资源的控制组，它提供了一套机制用于控制一组特定进程对资源的使用。

    cgroups绑定一个进程集合到一个或多个限制资源使用的子系统上。

2, cgroups是容器的实现基础之一:

   其中:Namespace主要用于隔离资源

         Cgroups用来提供对一组进程以及将来子进程的资源限制

 

说明：刘宏缔的架构森林是一个专注架构的博客，地址：https://www.cnblogs.com/architectforest

         对应的源码可以访问这里获取： https://github.com/liuhongdi/

说明：作者:刘宏缔 邮箱: 371125307@qq.com

 

二，cgroups的用途:

 主要有4个:

 Resource limitation: 限制资源使用，例：内存使用上限/cpu的使用限制

 Prioritization: 优先级控制，例：CPU利用/磁盘IO吞吐

 Accounting: 一些审计或一些统计

 Control: 挂起进程/恢复执行进程

 

三，cgroups相关的操作命令:

1,查看当前kernel中cgroup是否开启:

[root@blog ~]$ more /boot/config-`uname -r` | grep -i cgroup
CONFIG_CGROUPS=y
CONFIG_BLK_CGROUP=y
# CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP is not set
CONFIG_CGROUP_WRITEBACK=y
CONFIG_CGROUP_SCHED=y
CONFIG_CGROUP_PIDS=y
... 

说明：CONFIG_CGROUPS=y

表示已开启cgroup

 

2,cgroup目前存在v1/v2 两个版本，

   v2 版本与v1相比,在目录组织上更清晰，管理更方便，

如何检查当前内核版本是否支持cgroup v2?

方法是:查看文件系统是否支持cgroup2

[root@node1 ~]# grep cgroup /proc/filesystems
nodev   cgroup
nodev   cgroup2

如果看到cgroup2，表示支持cgroup v2

  

3,列出所有挂载的cgroup挂载点

[root@blog ~]$ mount | grep cgroup
tmpfs on /sys/fs/cgroup type tmpfs (ro,nosuid,nodev,noexec,mode=755)
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,xattr,release_agent=/usr/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpu,cpuacct)
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/net_cls,net_prio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,net_cls,net_prio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/rdma type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,rdma)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset)
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)
cgroup on /sys/fs/cgroup/hugetlb type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,hugetlb)
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,pids)

注意:/sys/fs/cgroup的挂载方式是ro,表示readonly

因为/sys/fs/cgroup 目录由 systemd 在系统启动的过程中挂载,

它把目录挂载为只读的类型，这个目录下不能再手动创建目录

 

2,列出cgroup支持的子系统?

[root@blog ~]# ll /sys/fs/cgroup/
total 0
dr-xr-xr-x 4 root root  0 Jan 10 18:03 blkio
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Jan 10 18:03 cpu -> cpu,cpuacct
lrwxrwxrwx 1 root root 11 Jan 10 18:03 cpuacct -> cpu,cpuacct
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 cpu,cpuacct
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 cpuset
dr-xr-xr-x 4 root root  0 Jan 10 18:03 devices
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 freezer
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 hugetlb
dr-xr-xr-x 4 root root  0 Jan 10 18:03 memory
lrwxrwxrwx 1 root root 16 Jan 10 18:03 net_cls -> net_cls,net_prio
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 net_cls,net_prio
lrwxrwxrwx 1 root root 16 Jan 10 18:03 net_prio -> net_cls,net_prio
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 perf_event
dr-xr-xr-x 4 root root  0 Jan 10 18:03 pids
dr-xr-xr-x 2 root root  0 Jan 10 18:03 rdma
dr-xr-xr-x 5 root root  0 Jan 10 18:03 systemd

也可以通过/proc/cgroups来查看

[root@blog ~]# more /proc/cgroups
#subsys_name    hierarchy       num_cgroups     enabled
cpuset  8       1       1
cpu     2       1       1
cpuacct 2       1       1
blkio   4       29      1
memory  7       1703    1
devices 3       60      1
freezer 9       1       1
net_cls 5       1       1
perf_event      10      1       1
net_prio        5       1       1
hugetlb 11      1       1
pids    12      67      1
rdma    6       1       1 

各个子系统的说明：

 

cpuset:把任务绑定到特定的cpu

cpu:    限定cpu的时间份额

cpuacct: 统计一组task占用cpu资源的报告

blkio:限制控制对块设备的读写

memory:  限制内存使用

devices: 限制设备文件的创建限制对设备文件的读写

freezer: 暂停/恢复cgroup中的task

net_cls: 用classid标记该cgroup内的task产生的报文

perf_event: 允许perf监控cgroup的task数据

net_prio: 设置网络流量的优先级

hugetlb:  限制huge page 内存页数量

pids:   限制cgroup中可以创建的进程数

rdma:  限制RDMA资源(Remote Direct Memory Access，远程直接数据存取)

 

四，查看一个进程上的cgroup限制:

以nginx的进程为例

[root@blog ~]# ps auxfww | grep nginx:
root   491  0.0  0.0  71028  3368 ?  Ss   May18   0:00 nginx: master process /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx
nginx  492  0.0  0.0 102496  7036 ?  S    May18   0:00  \_ nginx: worker process
nginx  493  0.0  0.0 102764  7496 ?  S    May18   0:00  \_ nginx: worker process
nginx  494  0.0  0.0 102496  5856 ?  S    May18   0:00  \_ 
...

我们取上面的492这个进程:

查看492这个进程的cgroup限制

[root@blog ~]# more /proc/492/cgroup
12:pids:/system.slice/openresty.service
11:hugetlb:/
10:perf_event:/
9:freezer:/
8:cpuset:/
7:memory:/system.slice/openresty.service
6:rdma:/
5:net_cls,net_prio:/
4:blkio:/system.slice/openresty.service
3:devices:/system.slice/openresty.service
2:cpu,cpuacct:/
1:name=systemd:/system.slice/openresty.service

内容说明：

第一列：cgroupid,和/proc/cgroups中的id是一致的,

第二列：cgroup的子系统

第三列：进程在 cgroup 树中的路径  

例：

[root@blog ~]# ls /sys/fs/cgroup/systemd/system.slice/openresty.service/
cgroup.clone_children  cgroup.procs  notify_on_release  tasks

五，使用libcgroup-tools做进程的限制

libcgroup-tools包含了多个cg相关的命令，方便进行cgroups的测试

说明：从centos7开始，已经默认不再使用libcgroup套件，
所以大家把它作为演示使用即可

1,安装

[root@blog ~]# dnf install libcgroup-tools

 

2,安装/测试运行stress

[root@node1 stress]# pwd
/usr/local/source/stress
[root@node1 stress]# wget https://download-ib01.fedoraproject.org/pub/epel/7/x86_64/Packages/s/stress-1.0.4-16.el7.x86_64.rpm
[root@node1 stress]# rpm -ivh stress-1.0.4-16.el7.x86_64.rpm

运行stress

启动1个消耗内存的进程，每个进程占用50M内存

#--vm-keep  一直占用内存，(默认是不断释放并重新分配内存)

[root@node1 memory]# stress -m 1 --vm-bytes 50M --vm-keep
stress: info: [14327] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 1 vm, 0 hdd 

用pidstat查看效果

[root@node1 ~]# pidstat -r | grep stress
14时57分13秒     0     46088      0.01      0.00    7948     972   0.03  stress
14时57分13秒     0     46089      0.07      0.00   59152   51496   1.34  stress  

3,在cgroup中添加一个内存限制:再次用stress测试:

[root@node1 memory]# pwd
/sys/fs/cgroup/memory
[root@node1 memory]# mkdir lhd_stress_memory

注意:

cgroups 文件系统会在创建文件目录的时候自动创建相应的配置文件

[root@node1 memory]# ls lhd_stress_memory/
cgroup.clone_children  memory.kmem.limit_in_bytes          memory.kmem.tcp.usage_in_bytes  memory.memsw.max_usage_in_bytes  memory.soft_limit_in_bytes  tasks
cgroup.event_control   memory.kmem.max_usage_in_bytes      memory.kmem.usage_in_bytes      memory.memsw.usage_in_bytes      memory.stat
cgroup.procs           memory.kmem.slabinfo                memory.limit_in_bytes           memory.move_charge_at_immigrate  memory.swappiness
memory.failcnt         memory.kmem.tcp.failcnt             memory.max_usage_in_bytes       memory.numa_stat                 memory.usage_in_bytes
memory.force_empty     memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      memory.memsw.failcnt            memory.oom_control               memory.use_hierarchy
memory.kmem.failcnt    memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  memory.memsw.limit_in_bytes     memory.pressure_level            notify_on_release

可以看到新建目录下面已建好了配置文件

设置这个cgroup内存限制的最大使用内存：

[root@node1 memory]# expr 1024 * 1024 * 10
10485760

设置内存的限制

[root@node1 memory]# echo 10485760 > lhd_stress_memory/memory.limit_in_bytes

用stress测试内存限制

[root@node1 memory]# cgexec -g memory:lhd_stress_memory  stress -m 1 --vm-bytes 100M --vm-keep --verbose
stress: info: [35293] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 1 vm, 0 hdd
stress: dbug: [35293] using backoff sleep of 3000us
stress: dbug: [35293] --> hogvm worker 1 [35294] forked
stress: dbug: [35294] allocating 104857600 bytes ...
stress: dbug: [35294] touching bytes in strides of 4096 bytes ...
stress: FAIL: [35293] (415) <-- worker 35294 got signal 9
stress: WARN: [35293] (417) now reaping child worker processes
stress: FAIL: [35293] (451) failed run completed in 0s 

因为有内存10M的限制，导致stress在申请100M内存时收到了 SIGKILL(signal 9) 信号

测试改为10M范围内

[root@node1 memory]# cgexec -g memory:lhd_stress_memory  stress -m 1 --vm-bytes 9M --vm-keep --verbose   

此时可以正常运行

用pidstat查看效果

[root@node1 ~]# pidstat -r | grep stress
14时34分21秒     0     41767      0.05      0.00    7948    1148   0.03  stress
14时34分21秒     0     41768      0.07      0.00   17164    9328   0.24  stress

六，与systemd相关的cgroup操作:

1,systemd-cgtop:显示 cgoups 的实时资源消耗情况

[root@node1 ~]# systemd-cgtop            
Control Group                                              Tasks   %CPU   Memory  Input/s Output/s
/                                                            211    4.0     1.0G        -        -
/system.slice                                                 84    1.5   831.7M        -        -
/user.slice                                                    9    0.9    64.3M        -        -
/system.slice/kubelet.service                                 15    0.6    31.3M        -        
… 

 

2,systemd-cgls :查看 cgroups 的层级结构

[root@node1 ~]# systemd-cgls
Control group /:
-.slice
├─user.slice
│ └─user-0.slice
│   ├─session-3.scope
│   │ ├─14349 sshd: root [priv]
…

 

各slice的说明：

-.slice： 根slice

user.slice:   下面是所有的用户会话

system.slice:  下面是所有系统service

machine.slice: 下面是所有虚拟机和容器

 

什么是slice:一组进程:由service或会话/容器/虚拟机组成

 

3,为systemd启动的服务添加cgroup限制

查看有哪些cgroup配置项可用

[root@node1 ~]# man systemd.resource-control

例子：

查看nginx的内存限制:

[root@node1 ~]# more /sys/fs/cgroup/memory/system.slice/nginx.service/memory.limit_in_bytes
9223372036854771712

上面是没有手动设置时的默认值

设置内存限制

[root@node1 ~]# systemctl set-property nginx.service MemoryLimit=512M

再次查看

[root@node1 ~]# more /sys/fs/cgroup/memory/system.slice/nginx.service/memory.limit_in_bytes
536870912

注意:即使服务重启,这个cgroup限制仍然会起作用，

因为systemctl已经把它写到了service文件中，

[root@node1 ~]# systemctl cat nginx
# /usr/lib/systemd/system/nginx.service
[Unit]
Description=The nginx HTTP and reverse proxy server
After=network.target remote-fs.target nss-lookup.target
 
[Service]
Type=forking
PIDFile=/run/nginx.pid
# Nginx will fail to start if /run/nginx.pid already exists but has the wrong
# SELinux context. This might happen when running `nginx -t` from the cmdline.
# https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1268621
ExecStartPre=/usr/bin/rm -f /run/nginx.pid
ExecStartPre=/usr/sbin/nginx -t
ExecStart=/usr/sbin/nginx
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
KillSignal=SIGQUIT
TimeoutStopSec=5
KillMode=mixed
PrivateTmp=true
 
[Install]
WantedBy=multi-user.target
 
# /etc/systemd/system.control/nginx.service.d/50-MemoryLimit.conf
# This is a drop-in unit file extension, created via "systemctl set-property"
# or an equivalent operation. Do not edit.
[Service]
MemoryLimit=536870912

4,其他常用命令：

设置cpu使用率最高不超过单颗cpu的80%

[root@node1 ~]# systemctl set-property nginx.service CPUQuota=80%

 

七，查看linux的版本:

[root@node1 ~]# more /etc/redhat-release
CentOS Linux release 8.1.1911 (Core)
[root@node1 ~]# uname -r
4.18.0-147.el8.x86_64