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2.6.24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。
主要提供了如下功能：
● Resource limitation: 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。
● Prioritization: 优先级控制，比如：CPU利用和磁盘IO吞吐。
● Accounting: 一些审计或一些统计，主要目的是为了计费。
● Control: 挂起进程，恢复执行进程。
使用 cgroup，系统管理员可更具体地控制对系统资源的分配、优先顺序、拒绝、管理和监控。可更好地根据任务和用户分配硬件资源，提高总体效率。
在实践中，系统管理员一般会利用CGroup做下面这些事（有点像为某个虚拟机分配资源似的）：
● 隔离一个进程集合（比如：nginx的所有进程），并限制他们所消费的资源，比如绑定CPU的核。
● 为这组进程 分配其足够使用的内存
● 为这组进程分配相应的网络带宽和磁盘存储限制
● 限制访问某些设备（通过设置设备的白名单）
那么CGroup是怎么干的呢？我们先来点感性认识吧。
首先，Linux把CGroup这个事实现成了一个file system，你可以mount。在我的CentOS7.9下，你输入以下命令你就可以看到cgroup已为你mount好了。
- [root@sentry ~]# mount -t cgroup
- cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,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,seclabel,cpuacct,cpu)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/hugetlb type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,hugetlb)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,memory)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,net_prio,net_cls)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,freezer)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/perf_event type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,perf_event)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,pids)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,blkio)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,cpuset)
- cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,devices)
或者使用lssubsys命令：
- [root@sentry ~]# lssubsys -m
- cpuset /sys/fs/cgroup/cpuset
- cpu,cpuacct /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct
- 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
- blkio /sys/fs/cgroup/blkio
- perf_event /sys/fs/cgroup/perf_event
- hugetlb /sys/fs/cgroup/hugetlb
- pids /sys/fs/cgroup/pids
我们可以看到，在/sys/fs下有一个cgroup的目录，这个目录下还有很多子目录，比如： cpu，cpuset，memory，blkio……这些，这些都是cgroup的子系统。分别用于干不同的事的。
你可以到/sys/fs/cgroup的各个子目录下去make个dir，你会发现，一旦你创建了一个子目录，这个子目录里又有很多文件了。
- [root@sentry cpu]# mkdir limit
- [root@sentry cpu]# cd limit/
- [root@sentry limit]# ll
- 总用量 0
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cgroup.clone_children
- --w--w--w-. 1 root root 0 7月 6 18:38 cgroup.event_control
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cgroup.procs
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.cpu_exclusive
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.cpus
- -r--r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.effective_cpus
- -r--r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.effective_mems
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.mem_exclusive
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.mem_hardwall
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.memory_migrate
- -r--r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.memory_pressure
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.memory_spread_page
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.memory_spread_slab
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.mems
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.sched_load_balance
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 cpuset.sched_relax_domain_level
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 notify_on_release
- -rw-r--r--. 1 root root 0 7月 6 18:38 tasks
假设，我们有一个非常吃CPU的程序，叫cpu_limit，其源码如下：
- #include
- int main(void)
- {
- int i = 0;
- for(;;) i++;
- return 0;
- }
执行起来后，毫无疑问，CPU被干到了100%（下面是top命令的输出）
gcc cpu_limit.c -Wall -o cpu_limit && ./cpu_limit
- PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
- 31344 root 20 0 4212 352 280 R 100.0 0.0 0:15.82 deadloop
然后，我们这前不是在/sys/fs/cgroup/cpu下创建了一个limit的group。我们先设置一下这个group的cpu利用的限制：
- [root@sentry]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/limit/cpu.cfs_quota_us
- -1
- [root@sentry limit]# echo 20000 > /sys/fs/cgroup/cpu/limit/cpu.cfs_quota_us
我们看到，这个进程的PID是31344，我们把这个进程加到这个cgroup中：
- # echo 31344 >> /sys/fs/cgroup/cpu/limit/tasks
然后，就会在top中看到CPU的利用立马下降成20%了。（前面我们设置的20000就是20%的意思）
- PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
- 31344 root 20 0 4212 352 280 R 20.3 0.0 3:38.55 deadloop
我们再来看一个限制内存的例子（下面的代码是个死循环，其它不断的分配内存，每次512个字节，每次休息一秒）：
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <string.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <unistd.h>
- int main(void)
- {
- int size = 0;
- int chunk_size = 1024*1024;
- void *p = NULL;
- while(1) {
- if ((p = realloc(p, chunk_size)) == NULL) {
- printf("out of memory!!\n");
- break;
- }
- memset(p, 1, chunk_size);
- size += chunk_size;
- printf("[%d] - memory is allocated [%8d] bytes \n", getpid(), size);
- sleep(1);
- }
- return 0;
- }
编译并执行程序
gcc mem_limit.c -Wall -o mem_limit && ./mem_limit
然后，在我们另外一边：
- # 创建memory cgroup
- $ mkdir /sys/fs/cgroup/memory/limit
- $ echo 64k > /sys/fs/cgroup/memory/limit/memory.limit_in_bytes
- # 禁用swap
- echo 0 > memory.swappiness
- # 把上面的进程的pid加入这个cgroup
- $ echo [pid] > /sys/fs/cgroup/memory/limit/tasks
你会看到，一会上面的进程就会因为内存问题被kill掉了。
- [26991] - memory is allocated [ 70144] bytes
- [26991] - memory is allocated [ 70656] bytes
- [26991] - memory is allocated [ 71168] bytes
- [26991] - memory is allocated [ 71680] bytes
- [26991] - memory is allocated [ 72192] bytes
- [26991] - memory is allocated [ 72704] bytes
- [26991] - memory is allocated [ 73216] bytes
- 已杀死
Cgroup的内存限制可能会有一些延迟，特别是在内存使用接近限制时。系统需要一些时间来检测和响应内存限制的超出情况。Cgroup内存限制可能不会精确到字节级别，因此设置的内存限制和实际触发OOM杀死进程的内存使用量之间可能会有一些差异。以下是一些可能的原因和解释：
1. 内存使用延迟
Cgroup的内存限制可能会有一些延迟，特别是在内存使用接近限制时。系统需要一些时间来检测和响应内存限制的超出情况。
2. 内存使用统计
Cgroup内存限制考虑的不仅仅是用户态内存，还包括内核态内存和其它系统开销。因此，进程的实际内存使用量可能比你看到的数值要高。
3. 内存分配单位
内存分配可能是以页（通常为4KB）为单位进行的，因此实际分配的内存可能会超过指定的限制。Cgroup可能会在分配内存的边界上进行四舍五入处理。
4. 内存缓存和缓冲区
系统可能会为进程分配额外的内存用于缓存和缓冲区，这些内存可能在Cgroup限制之外。实际的内存使用量可能会略高于配置的限制。
5. OOM决策延迟
即使内存使用超过了限制，OOM杀死进程的决策可能需要一些时间来执行。内核需要检测到内存超出限制并执行相应的操作，这可能会有一定的延迟。
我们先看一下我们的硬盘IO，我们的模拟命令如下：（从/dev/sda上读入数据，输出到/dev/null上）
dd if=/dev/sda of=/dev/null iflag=direct
dd 命令默认会使用一定的缓存来提高性能，这可能会导致短时间内的瞬时读取速度超过你设置的限制。可以尝试使用 dd 命令的 iflag=direct 选项来禁用缓存，这样可以更准确地测试实际的磁盘读取速度
我们通过iotop命令我们可以看到相关的IO速度是128MB/s（虚拟机内）：
- TID PRIO USER DISK READ DISK WRITE SWAPIN IO> COMMAND
- 25722 be/4 root 128.87 M/s 0.00 B/s 0.00 % 1.30 % dd if=/dev/sda of=/dev/null
然后，我们先创建一个blkio（块设备IO）的cgroup
mkdir /sys/fs/cgroup/blkio/limit
并把读IO限制到1MB/s，并把前面那个dd命令的pid放进去（注：8:0 是设备号，你可以通过ls -l /dev/sda1获得）：
- echo '8:0 1048576' > /sys/fs/cgroup/blkio/limit/blkio.throttle.read_bps_device
- echo [pid] > /sys/fs/cgroup/blkio/limit/tasks
再用iotop命令，你马上就能看到读速度被限制到了1MB/s左右。
- TID PRIO USER DISK READ DISK WRITE SWAPIN IO> COMMAND
- 13571 be/4 root 1043.21 K32 0.00 B/s 0.00 % 97.64 % dd if=/dev/sda of=/dev/null iflag=direct
好了，有了以上的感性认识我们来，我们来看看control group有哪些子系统：
● blkio — 这个子系统为块设备设定输入/输出限制，比如物理设备（磁盘，固态硬盘，USB 等等）。
● cpu — 这个子系统使用调度程序提供对 CPU 的 cgroup 任务访问。
● cpuacct — 这个子系统自动生成 cgroup 中任务所使用的 CPU 报告。
● cpuset — 这个子系统为 cgroup 中的任务分配独立 CPU（在多核系统）和内存节点。
● devices — 这个子系统可允许或者拒绝 cgroup 中的任务访问设备。
● freezer — 这个子系统挂起或者恢复 cgroup 中的任务。
● memory — 这个子系统设定 cgroup 中任务使用的内存限制，并自动生成内存资源使用报告。
● net_cls — 这个子系统使用等级识别符（classid）标记网络数据包，可允许 Linux 流量控制程序（tc）识别从具体 cgroup 中生成的数据包。
● net_prio — 这个子系统用来设计网络流量的优先级
● 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。
关于各个子系统的参数细节，以及更多的Linux CGroup的文档，你可以看看下面的文档：
CGroup有下述术语：
● 任务（Tasks）：就是系统的一个进程。
● 控制组（Control Group）：一组按照某种标准划分的进程，比如官方文档中的Professor和Student，或是WWW和System之类的，其表示了某进程组。Cgroups中的资源控制都是以控制组为单位实现。一个进程可以加入到某个控制组。而资源的限制是定义在这个组上，就像上面示例中我用的haoel一样。简单点说，cgroup的呈现就是一个目录带一系列的可配置文件。
● 层级（Hierarchy）：控制组可以组织成hierarchical的形式，既一颗控制组的树（目录结构）。控制组树上的子节点继承父结点的属性。简单点说，hierarchy就是在一个或多个子系统上的cgroups目录树。
● 子系统（Subsystem）：一个子系统就是一个资源控制器，比如CPU子系统就是控制CPU时间分配的一个控制器。子系统必须附加到一个层级上才能起作用，一个子系统附加到某个层级以后，这个层级上的所有控制族群都受到这个子系统的控制。Cgroup的子系统可以有很多，也在不断增加中。