centos6 cgroup及cgred简介和简单使用

一、cgroup简介

  Linux CGroup全称Linux Control Group， 是Linux内核的一个功能，用来限制，控制与分离一个进程组群的资源（如CPU、内存、磁盘输入输出等）。这个项目最早是由Google的工程师在2006年发起（主要是Paul Menage和Rohit Seth），最早的名称为进程容器（process containers）。在2007年时，因为在Linux内核中，容器（container）这个名词太过广泛，为避免混乱，被重命名为cgroup，并且被合并到2..24版的内核中去。然后，其它开始了他的发展。 

  Linux CGroupCgroup 可​​​让​​​您​​​为​​​系​​​统​​​中​​​所​​​运​​​行​​​任​​​务​​​（进​​​程​​​）的​​​用​​​户​​​定​​​义​​​组​​​群​​​分​​​配​​​资​​​源​​​ — 比​​​如​​​ CPU 时​​​间​​​、​​​系​​​统​​​内​​​存​​​、​​​网​​​络​​​带​​​宽​​​或​​​者​​​这​​​些​​​资​​​源​​​的​​​组​​​合​​​。​​​您​​​可​​​以​​​监​​​控​​​您​​​配​​​置​​​的​​​ cgroup，拒​​​绝​​​ cgroup 访​​​问​​​某​​​些​​​资​​​源​​​，甚​​​至​​​在​​​运​​​行​​​的​​​系​​​统​​​中​​​动​​​态​​​配​​​置​​​您​​​的​​​ cgroup。

主要功能：

 限制资源使用，比如内存使用上限以及文件系统的缓存限制。
 优先级控制，CPU利用和磁盘IO吞吐。
 一些审计或一些统计，主要目的是为了计费。
 挂起进程，恢复执行进程。

cgroups子系统：

 cpu 子系统，主要限制进程的 cpu 使用率。
 cpuacct 子系统，可以统计 cgroups 中的进程的 cpu 使用报告。
 cpuset 子系统，可以为 cgroups 中的进程分配单独的 cpu 节点或者内存节点。
 memory 子系统，可以限制进程的 memory 使用量。
 blkio 子系统，可以限制进程的块设备 io。
 devices 子系统，可以控制进程能够访问某些设备。
 net_cls 子系统，可以标记 cgroups 中进程的网络数据包，然后可以使用 tc 模块（traffic control）对数据包进行控制。
 net_prio — 这个子系统用来设计网络流量的优先级
 freezer 子系统，可以挂起或者恢复 cgroups 中的进程。
 ns 子系统，可以使不同 cgroups 下面的进程使用不同的 namespace
 hugetlb — 这个子系统主要针对于HugeTLB系统进行限制，这是一个大页文件系统。

cgred简介

Cgred 是​​​一​​​个​​​守​​​护​​​进​​​程​​​，它​​​可​​​根​​​据​​​在​​​ /etc/cgrules.conf 文​​​件​​​中​​​设​​​定​​​的​​​参​​​数​​​将​​​任​​​务​​​移​​​动​​​到​​​ cgroup 中​​​。​​​/etc/cgrules.conf 文​​​件​​​中​​​的​​​条​​​目​​​可​​​以​​​使​​​用​​​以​​​下​​​两​​​个​​​格​​​式​​​之​​​一​​​：
user hierarchies control_group
user:command hierarchies control_group
例​​​如​​​：
maria            devices        /usergroup/staff
这​​​个​​​条​​​目​​​指​​​定​​​任​​​何​​​属​​​于​​​名​​​为​​​ maria 用​​​户​​​的​​​进​​​程​​​根​​​据​​​在​​​ /usergroup/staff cgroup 中​​​指​​​定​​​的​​​参​​​数​​​访​​​问​​​设​​​备​​​子​​​系​​​统​​​。​​​要​​​将​​​具​​​体​​​命​​​令​​​与​​​具​​​体​​​ cgroup 关​​​联​​​，请​​​添​​​加​​​ command 参​​​数​​​，如​​​下​​​：
maria:ftp        devices        /usergroup/staff/ftp
该​​​条​​​目​​​现​​​在​​​指​​​定​​​何​​​时​​​名​​​为​​​ maria 的​​​用​​​户​​​使​​​用​​​ ftp 命​​​令​​​，自​​​动​​​将​​​该​​​进​​​程​​​移​​​动​​​到​​​包​​​含​​​ devices 子​​​系​​​统​​​的​​​层​​​级​​​中​​​的​​​ /usergroup/staff/ftp cgroup 中​​​。​​​请​​​注​​​意​​​：该​​​守​​​护​​​进​​​程​​​只​​​有​​​在​​​符​​​合​​​适​​​当​​​的​​​条​​​件​​​后​​​才​​​可​​​将​​​该​​​进​​​程​​​移​​​动​​​到​​​该​​​ cgroup 中​​​。​​​因​​​此​​​，ftp 可​​​能​​​会​​​在​​​错​​​误​​​的​​​组​​​群​​​中​​​短​​​暂​​​运​​​行​​​。​​​再​​​有​​​，如​​​果​​​该​​​进​​​程​​​在​​​错​​​误​​​组​​​群​​​中​​​迅​​​速​​​生​​​出​​​子​​​进​​​程​​​，则​​​不​​​会​​​移​​​动​​​这​​​些​​​子​​​进​​​程​​​。​​​
/etc/cgrules.conf 文​​​件​​​中​​​的​​​条​​​目​​​可​​​包​​​括​​​以​​​下​​​额​​​外​​​符​​​号​​​：
@ - 当​​​在​​​ user 使​​​用​​​前​​​缀​​​时​​​，代​​​表​​​是​​​一​​​个​​​组​​​群​​​而​​​不​​​是​​​单​​​独​​​用​​​户​​​。​​​例​​​如​​​：@admins 是​​​ admins 组​​​群​​​中​​​的​​​所​​​有​​​用​​​户​​​。​​​
* - 代​​​表​​​“​​​所​​​有​​​”​​​。​​​例​​​如​​​：subsystem 字​​​段​​​中​​​的​​​ * 代​​​表​​​所​​​有​​​子​​​系​​​统​​​。​​​
% - 代​​​表​​​与​​​以​​​上​​​行​​​中​​​项​​​目​​​相​​​同​​​的​​​项​​​目​​​。​​​例​​​如​​​：
@adminstaff        devices        /admingroup
@labstaff        %        %

小结：通过cgroup设置我们想要的规则，通过cgred将规则应用到进程之上

二、CPU限制

1.查看已经使用的子系统

[root@reddhat6_155_200 ~]# lssubsys -m
cpuset /cgroup/cpuset
cpu /cgroup/cpu
cpuacct /cgroup/cpuacct
memory /cgroup/memory
devices /cgroup/devices
freezer /cgroup/freezer
net_cls /cgroup/net_cls
blkio /cgroup/blkio

2.编辑cgroup配置文件，添加两个group对CPU使用率的限制

[root@reddhat6_155_200 ~]# vim /etc/cgconfig.conf  #添加以下两段
group lesscpu{
    cpu{

}
}

group morecpu{
    cpu{
}
}

3.重启并查看CPU子系统目录

[root@reddhat6_155_200 ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
Stopping cgconfig service:                                 [确定]
Starting cgconfig service:                                 [确定]
[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/cpu
总用量
--w--w--w-.  root root  -- : cgroup.event_control
-rw-r--r--.  root root  -- : cgroup.procs
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.cfs_period_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.cfs_quota_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.rt_period_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.rt_runtime_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.shares
-r--r--r--.  root root  -- : cpu.stat
drwxr-xr-x.  root root  -- : lesscpu    #多出两个目录，和我们定义的group名称是一至的
drwxr-xr-x.  root root  -- : morecpu
-rw-r--r--.  root root  -- : notify_on_release
-rw-r--r--.  root root  -- : release_agent
-rw-r--r--.  root root  -- : tasks

4.查看目录内容

[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/cpu         仔细观察可以发现每个目录中的文件都是相同的，也就是默认情况下group会继承该子系统的所有规则
[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/cpu/morecpu/
[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/cpu/morecpu/

5.添加group规则

[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/cpu/cpu.shares  #cpu.shares表示程序可以在​​​ cgroup 中​​​的​​​任​​​务​​​可​​​用​​​的​​​相​​​对​​​共​​​享​​​ CPU 时​​​间​​​的​​​整​​​数​​​值​​​，默认为1024

[root@reddhat6_155_200 ~]# vim /etc/cgconfig.conf
group lesscpu{
    cpu{
          cpu.shares=;    #该值不可以超过总大小(1024)
}
}

group morecpu{
    cpu{
          cpu.shares=;
}
}
[root@reddhat6_155_200 ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
Stopping cgconfig service:                                 [确定]
Starting cgconfig service:                                 [确定]

[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/cpu/lesscpu/cpu.shares
 100
 [root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/cpu/morecpu/cpu.shares
 200

6.为了减少演示的复杂度，我们下线其他CPU，只保留一个CPU

[root@reddhat6_155_200 ~]# lscpu |grep -A   "^CPU\(s\):"  #查看当前CPU个数及在线个数
CPU(s):
On-line CPU(s) list:   ,
[root@reddhat6_155_200 ~]# echo  > /sys/devices/system/cpu/cpu1/online   #将cpu1下线，cpu0为主cpu无法下线
[root@reddhat6_155_200 ~]# lscpu |grep -A   "^CPU\(s\):"   #查看在线状态，目前只有cpu0在线
CPU(s):
On-line CPU(s) list:   

7.新开一个窗口，同时执行dd命令，分别选择lesscpu和morecpu

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g cpu:lesscpu time dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=   #窗口1 分配少的先执行
[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g cpu:morecpu time dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=   #窗口2
[root@reddhat6_155_200 ~]# top   #窗口3 使用top命令监控命令状态

注意观察两个dd命令CPU使用率

lesscpu结果：

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g cpu:lesscpu time dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=
记录了200000+ 的读入
记录了200000+ 的写出
209715200000字节( GB)已复制，21.7357 秒，9.6 GB/秒   #注意CPU使用时间
.01user .83system :.73elapsed %CPU (0avgtext+0avgdata 7776maxresident)k   #注意CPU使用率
0inputs+0outputs (0major+521minor)pagefaults 0swaps

morecpu结果：

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g cpu:morecpu time dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M count=
记录了200000+ 的读入
记录了200000+ 的写出
209715200000字节( GB)已复制，16.26 秒，12.9 GB/秒
.02user .77system :.26elapsed %CPU (0avgtext+0avgdata 7744maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+519minor)pagefaults 0swaps

三、MEM限制

1.编辑cgroup配置文件，添加一个mem限制

[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/memory/memory.limit_in_bytes  #查看MEM(物理内存)默认限制大小 单位为字节 以目前机器配置，等同于无限制

[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/memory/memory.memsw.limit_in_bytes #查看MEM(物理内存)+Swap总的大小 此值必须大于等于 memory.limit_in_bytes 

[root@reddhat6_155_200 ~]# vim /etc/cgconfig.conf     #添加一个MEM 限制
group poormem{
    memory{
        memory.limit_in_bytes=;   #限制可以使用内存大小为256M
}
[root@reddhat6_155_200 ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
Stopping cgconfig service:                                 [确定]
Starting cgconfig service:                                 [确定]
[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/memory/poormem/memory.limit_in_bytes 
268435456

2.创建一个内存盘

[root@reddhat6_155_200 ~]# mkdir /mnt/tmpfs
[root@reddhat6_155_200 ~]# mount -t tmpfs none /mnt/tmpfs  #注意没有挂载源 使用none
[root@reddhat6_155_200 ~]# df -h
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_redhat6demo01-lv_root
                       50G  .4G   42G  % /
tmpfs                 .0G  224K  .0G   % /dev/shm
/dev/vda1             477M   33M  419M   % /boot
/dev/mapper/vg_redhat6demo01-lv_home
                      .5G   12M  .2G   % /home
none                  .0G       .0G   % /mnt/tmpfs   #大小2G，具体大小和系统剩余内存大小有关

3.测试tmpfs特性

[root@reddhat6_155_200 ~]# free -m  #查看当前内存大小
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:
[root@reddhat6_155_200 ~]# dd if=/dev/zero of=/mnt/tmpfs/test bs=1M count=1000  #向 tmpfs 挂载点写入1G内存
记录了1000+ 的读入
记录了1000+ 的写出
1048576000字节(1.0 GB)已复制，0.466811 秒，2.2 GB/秒
[root@reddhat6_155_200 ~]# free -m   #查看系统内存  少了1G
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:
[root@reddhat6_155_200 ~]# rm -f /mnt/tmpfs/test  #删除刚刚创建的文件
[root@reddhat6_155_200 ~]# free -m   #查看当前剩余内存
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:                          

4.测试

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g memory:poormem dd if=/dev/zero of=/mnt/tmpfs/test bs=1M count=200 #配置的为256M 先创建一个200M 测试文件
记录了200+ 的读入
记录了200+ 的写出
209715200字节( MB)已复制，0.097221 秒，2.2 GB/秒
[root@reddhat6_155_200 ~]# rm -f /mnt/tmpfs/test
[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g memory:poormem dd if=/dev/zero of=/mnt/tmpfs/test bs=1M count=300 #创建一个300M测试文件 挂了  很奇怪，按照文档说明此处不应该挂的，应该不够的会从Swap中读取 只有 memory.memsw.limit_in_bytes 也设置了才会限制从Swap中读取 不知道为啥？？？？？？
已杀死 [root@reddhat6_155_200 ~]# ll -h /mnt/tmpfs/test #查看大小只有
255M -rw-r--r--.  root root 255M -- : /mnt/tmpfs/test

四、磁盘IO限制  #使用IO限制时当前系统调度算法必须为cfq算法

[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /sys/block/vda/queue/scheduler   #查看下当前系统磁盘调度算法 vda表示磁盘名称
noop anticipatory deadline [cfq]
[root@reddhat6_155_200 ~]# cat /cgroup/blkio/blkio.weight       #查看磁盘io权重默认值

[root@reddhat6_155_200 ~]# vim /etc/cgconfig.conf  #创建io限制规则
group lowio{
        blkio{
          blkio.weight=;   #设置io优先级 一个低 一个高
}
}

group highio{
        blkio{
          blkio.weight=;
}
}

group ddio{
        blkio{
          blkio.throttle.read_bps_device="252:0 1000000";   
          #限制程序读取磁盘的速度  252表示当前主盘符号 0表示副盘符号 1000000表示读取速率  单位为字节 即1M  需要注意的是，如果是物理设备 SCSI设备重启后主副盘符会发生变化 可以通过设置逻辑卷
}
}
[root@reddhat6_155_200 ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
Stopping cgconfig service:                                 [确定]
Starting cgconfig service:                                 [确定]

测试

[root@reddhat6_155_200 ~]# dd if=/dev/zero of=/root/bigfile1 bs=1M count=10000 #创建两个大的文件用于实验
[root@reddhat6_155_200 ~]# dd if=/dev/zero of=/root/bigfile2 bs=1M count=
[root@reddhat6_155_200 ~]# echo  > /proc/sys/vm/drop_caches    #情况缓存 避免影响结果
[root@reddhat6_155_200 ~]# iotop       #使用iotop命令监控io状态

新开两个窗口，分别使用lowio和highio

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g blkio:lowio time cat /root/bigfile1 > /dev/null
[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g blkio:highio time cat /root/bigfile2 > /dev/null

结果：当两个cat命令都读取时，使用highio磁盘速度大约是lowio的两倍

当highio执行完成后lowio开始独占磁盘io

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g blkio:lowio time cat /root/bigfile1 > /dev/null
.08user .52system :.54elapsed %CPU (0avgtext+0avgdata 2416maxresident)k
20480360inputs+0outputs (1major+182minor)pagefaults 0swaps

[root@reddhat6_155_200 ~]# cgexec -g blkio:highio time cat /root/bigfile2 > /dev/null
.08user .16system :.64elapsed %CPU (0avgtext+0avgdata 2432maxresident)k
20480072inputs+0outputs (1major+183minor)pagefaults 0swaps

限制指定用户执行指定命令

[root@reddhat6_155_200 ~]# vim /etc/cgrules.conf
admin:dd    blkio   ddio/        #此行配置表示 admin用户执行dd命令时 使用 blkio子系统下ddio group进行限制  此处不仅可以现在命令也可以现在程序 添加程序的启动命令即可 例 nginx java等
[root@reddhat6_155_200 ~]# /etc/init.d/cgred restart
正在停止 CGroup Rules Engine 守护进程......                [确定]
Starting CGroup Rules Engine Daemon:                    [确定]

使用root用户测试dd命令

[root@reddhat6_155_200 ~]# dd if=/tmp/bigfile1 of=/dev/null
记录了20480000+ 的读入
记录了20480000+ 的写出
10485760000字节( GB)已复制，18.5243 秒， MB/秒  #速度正常

切换至admin用户执行dd命令

[root@reddhat6_155_200 ~]# mv /root/bigfile1 /tmp/
[root@reddhat6_155_200 ~]# su -  admin
[admin@reddhat6_155_200 ~]$ dd if=/tmp/bigfile1 of=/dev/null 

新开一个窗口，使用iotop命令监控

[admin@reddhat6_155_200 ~]$ dd if=/tmp/bigfile1 of=/dev/null
记录了210657+ 的读入
记录了210656+ 的写出
107855872字节( MB)已复制，107.986 秒， kB/秒  #注意此处的速率  时间是因为我提前中断了程序

我们发现，无论怎样，IO读取不会大于1M

注意事项：

 磁盘IO调度算法必须为cfq
 测试前需要先清空磁盘缓存
 不要使用SSD硬盘
 读取速率注意SCSI物理硬盘盘符会随机更改

五、创建两个及以上资源控制子系统(默认每种资源只能单独控制)

1.修改配置文件，配置一个多控制项的子系统

[root@reddhat6_155_200 ~]# vim /etc/cgconfig.conf
mount {
    cpuset  = /cgroup/cpuset;
#   cpu = /cgroup/cpu;                  #以CPU内存为例，注释cpu、memory字段
    cpuacct = /cgroup/cpuacct;
#   memory  = /cgroup/memory;
    cpu = /cgroup/cpumem;               #新添加cpu、memory字段将其路径指向同一路径
    memory = /cgroup/cpumem;
    devices = /cgroup/devices;
    freezer = /cgroup/freezer;
    net_cls = /cgroup/net_cls;
    blkio   = /cgroup/blkio;
}

2.重启服务(注意：重启时需要退出/cgroup目录，否则会重启失败)

[root@reddhat6_155_200 ~]# /etc/init.d/cgconfig restart
Stopping cgconfig service:                                 [确定]
Starting cgconfig service:                                 [确定]

3.检查目录

[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/
总用量
drwxr-xr-x.  root root     -- : blkio
drwxr-xr-x.  root root  -- : cpu
drwxr-xr-x.  root root     -- : cpuacct
drwxr-xr-x.  root root     -- : cpumem     #我们自定义的 
drwxr-xr-x.  root root     -- : cpuset
drwxr-xr-x.  root root     -- : devices
drwxr-xr-x.  root root     -- : freezer
drwxr-xr-x.  root root  -- : memory
drwxr-xr-x.  root root     -- : net_cls
[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/cpu                  #原先的cpu及memory已经失效了
总用量
[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/memory/
总用量
[root@reddhat6_155_200 ~]# ll /cgroup/cpumem/              #所有mem和cpu配置都在cpumem目录下
总用量
--w--w--w-.  root root  -- : cgroup.event_control
-rw-r--r--.  root root  -- : cgroup.procs
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.cfs_period_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.cfs_quota_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.rt_period_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.rt_runtime_us
-rw-r--r--.  root root  -- : cpu.shares
-r--r--r--.  root root  -- : cpu.stat
-rw-r--r--.  root root  -- : memory.failcnt
--w-------.  root root  -- : memory.force_empty
......

参考文档：https://access.redhat.com/documentation/zh-cn/red_hat_enterprise_linux/6/html/resource_management_guide/sec-moving_a_process_to_a_control_group#The_cgred_Daemon