《Linux内核精髓：精通Linux内核必会的75个绝技》一HACK #10 Fair Group Scheduling

HACK #10　Fair Group Scheduling

本节介绍Cgroup之一、管理CPU资源的Fair Group Scheduling。
Fair Group Scheduling
Fair Group Scheduling是Cgroup的资源管理之一，用来控制Linux内核的进程调度程序进行的CPU时间分配。与其他Cgroup进行的资源管理一样，可以对每个特定进程组进行资源（CPU分配时间）管理。使用这个功能，就可以在分组间对CPU分配时间进行调整。
另外，Fair Group Scheduling使用的是Linux 2.6.23以后引入的CFS（Completely Fair Scheduler）的CPU分配时间控制功能，因此在没有安装CFS的Linux 2.6.23之前版本的内核中不能使用。因此，本节介绍怎样通过CFS对非实时调度策略进程的CPU分配进行控制。
Fair Group Scheduling的使用方法
下面通过实例来讲解Fair Group Scheduling的使用方法。
使用前，需要挂载和安装Cgroup文件系统。由于使用了Cgroup进行资源控制，因此挂载时需要启用CPU资源控制。

# mount -t cgroup -o cpu cgroup /cgroup

在本示例中将创建两个控制CPU资源的分组，分别为GroupA、GroupB。

# mkdir /cgroup/GroupA
# mkdir /cgroup/GroupB

为GroupA、GroupB这两个分组分配进程，从而在各分组间公平分享CPU时间。也就是说，GroupA和GroupB的CPU使用率都是50%。
然后，确认一下实际的CPU时间分配是否公平。打开一个新的终端，将shell进程分配给GroupA。

# echo
$$
>  /cgroup/GroupA/tasks

然后，在这个shell上形成死循环，使CPU利用率达到100%。

# while :; do true; done

接着，向GroupB分配新的shell进程，在shell上形成死循环，使GroupB中的CPU使用率也达到100%。

# echo
$$
>  /cgroup/GroupB/tasks
# while :; do true; done

在这个状态下使用top命令确认CPU使用率，可以发现各分组中shell（bash）的CPU使用率基本都是50%，GroupA和GroupB分别使用一半的CPU资源。

top - 03:53:13 up 1 day, 19:07,  4 users,  load average: 1.35, 0.42, 0.14
Tasks: 115 total,   3 running, 112 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):100.0%us,  0.0%sy,  0.0%ni,  0.0%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   1021532k total,   497896k used,   523636k free,    80220k buffers
Swap:  2064376k total,        0k used,  2064376k free,   204004k cached

   PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
  8333 root      20   0  105m 1856 1444 R 50.2  0.2   0:37.83 bash
  8342 root      20   0  105m 1820 1424 R 49.9  0.2   0:32.43 bash

然后，向其中一个分组添加进程，并确认分组间（GroupA和GroupB）的CPU资源分配为各50%。
打开一个新的终端，向GroupB添加shell进程。同样，在这个shell上形成死循环，使CPU使用率达到100%。

# echo
$$
> /cgroup/GroupB/tasks
# while :; do true; done

这时使用top命令将显示下列结果。

top - 03:54:07 up 1 day, 19:08,  4 users,  load average: 1.89, 0.71, 0.25
Tasks: 115 total,   4 running, 111 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):100.0%us,  0.0%sy,  0.0%ni,  0.0%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   1021532k total,   497896k used,   523636k free,    80228k buffers
Swap:  2064376k total,        0k used,  2064376k free,   204008k cached

   PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
  8333 root      20   0  105m 1856 1444 R 49.9  0.2   1:04.86 bash
  8342 root      20   0  105m 1820 1424 R 24.9  0.2   0:57.64 bash
  8354 root      20   0  105m 1852 1448 R 24.9  0.2   0:01.82 bash

可以看出GroupA和GroupB都为50%，并且GroupB中的两个shell进程也各占25%。
再确认一下，是否即使再向GroupB添加其他进程，也不会对分配给GroupA的CPU时间产生影响。
同样，添加终端，将shell分配给GroupB，并形成死循环。

# echo
$$
> /cgroup/GroupB/tasks
# while :; do true; done

从top命令的结果可以看出，向GroupA分配了50%，剩下的50%被GroupB的3个进程均分。

top - 03:57:11 up 1 day, 19:11,  5 users,  load average: 3.22, 1.88, 0.79
Tasks: 116 total,   5 running, 111 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s): 99.7%us,  0.3%sy,  0.0%ni,  0.0%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   1021532k total,   498648k used,   522884k free,    80260k buffers
Swap:  2064376k total,        0k used,  2064376k free,   204008k cached

   PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
  8333 root      20   0  105m 1856 1444 R 49.9  0.2   2:38.69 bash
  8342 root      20   0  105m 1824 1424 R 16.9  0.2   1:36.27 bash
  8354 root      20   0  105m 1856 1448 R 16.6  0.2   0:39.11 bash
  8368 root      20   0  105m 1824 1424 R 16.6  0.2   0:14.23 bash

以上就是在分组间平分CPU资源的方法。
cpu.shares
下面介绍cpu.shares特殊文件。在启用CPU资源控制的Cgroup文件系统中，为Fair Group Scheduling准备了cpu.shares文件。

# ls /cgroup/GroupA
cgroup.procs      cpu.rt_runtime_us  notify_on_release
cpu.rt_period_us  cpu.shares         tasks

在cpu.shares文件中，可以对进程调度程序所处理的进程组设置CPU时间分配的比重。通过修改这个值，就可以在分组间调整CPU时间的比例。默认值为1024。

# cat /cgroup/GroupA/cpu.shares

1024
这里将GroupB的cpu.shares设置为GroupA的一半，即512。

# echo 512> /cgroup/GroupB/cpu.shares

在CPU资源分配中，GroupA的比重变为1024，GroupB的比重变为512。因此，分配给GroupA的时间就是GroupB的2倍。使用top命令，确认分配给刚才启动的shell进程的CPU资源。

top - 04:07:40 up 1 day, 19:22,  5 users,  load average: 4.00, 3.73, 2.34
Tasks: 116 total,   5 running, 111 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
Cpu(s):100.0%us,  0.0%sy,  0.0%ni,  0.0%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   1021532k total,   481024k used,   540508k free,    80348k buffers
Swap:  2064376k total,        0k used,  2064376k free,   204012k cached

   PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
  8333 root      20   0  105m 1856 1444 R 66.5  0.2   7:54.18 bash
  8342 root      20   0  105m 1824 1424 R 11.3  0.2   3:20.07 bash
  8354 root      20   0  105m 1856 1448 R 11.0  0.2   2:22.90 bash
  8368 root      20   0  105m 1824 1424 R 11.0  0.2   1:58.02 bash

可以发现，GroupA变成66%，GroupB变成33%，并且在GroupB中，3个shell进程分别占用11%。
小结
本节介绍了Fair Group Scheduling。它能以进程组为单位控制CPU资源分配，将CPU时间平分给多个用户，使特定处理不会对其他处理造成一定程度上的影响。
—Hiroshi Shimamoto