一、什么是Cgroup，使用場(chǎng)景？

容器本質(zhì)上是進(jìn)程，既然是進(jìn)程就會(huì)消耗掉系統(tǒng)資源，比如：CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)帶寬等，如果不加以限制，容器在某些情況下就會(huì)無限制地吃掉宿主機(jī)的系統(tǒng)資源，顯然這不是我們期望發(fā)生的，另外當(dāng)我們的環(huán)境中運(yùn)行了很多容器，且系統(tǒng)資源一定的情況下，我們有優(yōu)先保證主要容器應(yīng)用的需求，如何既能夠解決此問題同時(shí)又能夠滿足我們的需求呢？答案就是：Linux Cgroup（全程Linux Control Group），在前面的文章中，介紹了namespace為容器這類進(jìn)程提供了隔離，而Cgroup可以為容器這類進(jìn)程提供資源使用上限，兩者黃金搭檔，共同為容器應(yīng)用保駕護(hù)航。

二、Cgroup的原理和實(shí)踐

CPU的周期控制

Cgroup可以為容器進(jìn)程使用的CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)帶寬資源進(jìn)行限制，具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？接下來我們一起來實(shí)操下，在 Linux 中，Cgroups 給用戶暴露出來的操作接口是文件系統(tǒng)，即它以文件和目錄的方式組織在操作系統(tǒng)的 /sys/fs/cgroup 這個(gè)路徑下，我們先去此目錄查看下

［root@k8s-master /］# cd sys/fs/cgroup/ ［root@k8s-master cgroup］# ls blkio cpuacct cpuset freezer memory net_cls，net_prio perf_event rdma cpu cpu，cpuacct devices hugetlb net_cls net_prio pids systemd

可以看到在cgroup的這個(gè)目錄下存在很多子目錄，這些都是cgroup可以限制地資源種類，我們?cè)谶M(jìn)一步進(jìn)入到CPU的子目錄查看下，里面有限制資源種類的詳細(xì)的限制地指標(biāo)，比如

1、cpu.cfs_period_us：指定容器對(duì)CPU的使用多長時(shí)間重新做一次分配

2、cpu.cfs_quota_us：指在cpu.cfs_period_us周期內(nèi)給分配多少時(shí)間給容器

這兩個(gè)指標(biāo)需要一起配合使用來實(shí)現(xiàn)CPU的周期控制，我們先手動(dòng)模擬容器創(chuàng)建的時(shí)候，如何完成利用cgroup來實(shí)現(xiàn)資源限制，以CPU周期控制為例子，先在/sys/fs/cgroup/cpu目錄下創(chuàng)建1個(gè)container_

test的目錄，如下所示我已經(jīng)創(chuàng)建好（紅色字體）。

［?。蹚?fù)制代碼］（https://common.cnblogs.com/images/copycode.gif）］（javascript:void（0）; “復(fù)制代碼”）

［root@k8s-master cgroup］# cd cpu ［root@k8s-master cpu］# ls cgroup.clone_children cpuacct.usage_all cpu.cfs_period_us docker cgroup.procs cpuacct.usage_percpu cpu.cfs_quota_us kubepods cgroup.sane_behavior cpuacct.usage_percpu_sys cpu.rt_period_us notify_on_release container_test cpuacct.usage_percpu_user cpu.rt_runtime_us release_agent cpuacct.stat cpuacct.usage_sys cpu.shares system.slice cpuacct.usage cpuacct.usage_user cpu.stat tasks

［！［復(fù)制代碼］（https://common.cnblogs.com/images/copycode.gif）］（javascript:void（0）; “復(fù)制代碼”）

然后進(jìn)入到此目錄下，ls查看下，這里出現(xiàn)了一個(gè)神奇的形象，此目錄下自動(dòng)生成了很多CPU子系統(tǒng)控制的指標(biāo)，這些指標(biāo)我們并未進(jìn)行新增，也就是說在/sys/fs/cgroup/cpu目錄下會(huì)給新建的目默認(rèn)配置CPU子系統(tǒng)資源限制的指標(biāo)

［?。蹚?fù)制代碼］（https://common.cnblogs.com/images/copycode.gif）］（javascript:void（0）; “復(fù)制代碼”）

［root@k8s-master cpu］# cd container_test/ ［root@k8s-master container_test］# ls cgroup.clone_children cpuacct.usage_percpu cpu.cfs_period_us cpu.stat cgroup.procs cpuacct.usage_percpu_sys cpu.cfs_quota_us notify_on_release cpuacct.stat cpuacct.usage_percpu_user cpu.rt_period_us tasks cpuacct.usage cpuacct.usage_sys cpu.rt_runtime_us cpuacct.usage_all cpuacct.usage_user cpu.shares

［?。蹚?fù)制代碼］（https://common.cnblogs.com/images/copycode.gif）］（javascript:void（0）; “復(fù)制代碼”）

這些指標(biāo)如何作用呢？為了體現(xiàn)資源的使用情況，我們先寫一個(gè)程序來模擬來吃掉系統(tǒng)資源的情況，然后再來查看指標(biāo)

［root@k8s-master sh］# cat while.sh #！/bin/bash while ： ; do ： ; done &

［root@k8s-master sh］# sh while.sh

通過如上程序，寫了一個(gè)while無限循環(huán)的shell腳本，默認(rèn)情況下，這個(gè)程序之后的進(jìn)程會(huì)占據(jù)掉系統(tǒng)所剩集群的所有資源，可通過top命令查看下

［root@k8s-master sh］# ps -ef |grep while root 14975 1 97 20:29 pts/1 00:02:48 sh while.sh

如上圖所示，while循環(huán)的進(jìn)程占據(jù)掉了96.3%的CPU資源，在實(shí)際的應(yīng)用中若進(jìn)程這樣無限制的使用資源，將會(huì)給操作系統(tǒng)帶來很大的負(fù)擔(dān)，那么如何控制進(jìn)程資源的使用呢？回到我們之前創(chuàng)建在container_test目錄下

［root@k8s-master container_test］# cat cpu.cfs_quota_us -1 ［root@k8s-master container_test］# cat cpu.cfs_period_us 100000

默認(rèn)創(chuàng)建的目錄下cfs_quota_us 若為-1，則表示還未啟用quota，即還未實(shí)行資源限制，cfs_period_us默認(rèn)為100000us=100ms=0.1s（秒），接下來我們向cpu.cfs_quota_us 輸入30ms=30000us，cfs_period_us值維持不變還是為100ms，在前面關(guān)于這2個(gè)概念有介紹，cpu.cfs_quota_us表示的是cfs_period_us的周期內(nèi)，分配30/100的時(shí)間，即30%，接下來驗(yàn)證下

［root@k8s-master container_test］# echo 30000 》 /sys/fs/cgroup/cpu/container_test/cpu.cfs_quota_us

［root@k8s-master container_test］# cat cpu.cfs_quota_us

30000

設(shè)置已完成，但是此時(shí)還不會(huì)立即生效，還需要將進(jìn)程ID輸入到資源限制地task里

［root@k8s-master container_test］# echo 14975 》 /sys/fs/cgroup/cpu/container_test/tasks

接下來我們?cè)谕ㄟ^top查看下資源使用情況，如下圖所示，可以看到CPU的資源使用上限由原來的96.3%已經(jīng)降到29.9%了，表明此while進(jìn)程的CPU的資源使用上限已經(jīng)設(shè)置成功。

以上整個(gè)過程為手動(dòng)設(shè)置模擬容器創(chuàng)建的過程中CPU份額控制的過程，實(shí)際上在容器創(chuàng)建的過程中，并不需要上面這般步驟，我們只需要在run容器的時(shí)候指定指標(biāo)參數(shù)即可，如下所示

［root@k8s-master container_test］# docker run -it -d --cpu-period=100000 --cpu-quota=30000 nginx /bin/bash

上面的命令是后臺(tái)守護(hù)進(jìn)程的方式運(yùn)行了1個(gè)nginx的容器，且指定CPU的每隔100000us=100ms做一次分配，且每次分配給容器的時(shí)間為30ms，可以看到這個(gè)分配和前面手動(dòng)分配是一致的，值得注意的是這里需要加上-d來創(chuàng)建容器，若不加上的話會(huì)進(jìn)入到終端交互界面，一旦提出終端交互界面后，容器這個(gè)進(jìn)程也將會(huì)退出，而我們希望容器進(jìn)程保持后臺(tái)運(yùn)行，因此需要加上-d，容器運(yùn)行成功后，將會(huì)在docker目錄下新建一個(gè)以容器ID命名的目錄，這個(gè)目錄和前面手動(dòng)創(chuàng)建的目錄以上，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)配置資源限制的參數(shù)，我們可以如下看下：

［root@k8s-master container_test］# docker run -it -d --cpu-period=100000 --cpu-quota=30000 nginx /bin/bash 16f51f6780685be9c83b1684515005f30aed91916fdd6573b28eaf56be201e4a

［?。蹚?fù)制代碼］（https://common.cnblogs.com/images/copycode.gif）］（javascript:void（0）; “復(fù)制代碼”）

［root@k8s-master docker］# ls 01a0fd62d2110e54b0c3635b2897e7c18e6b78f026fa57b4214d7662dd3b38ba cpuacct.usage_sys 16f51f6780685be9c83b1684515005f30aed91916fdd6573b28eaf56be201e4a cpuacct.usage_user cgroup.clone_children cpu.cfs_period_us cgroup.procs cpu.cfs_quota_us cpuacct.stat cpu.rt_period_us cpuacct.usage cpu.rt_runtime_us cpuacct.usage_all cpu.shares cpuacct.usage_percpu cpu.stat cpuacct.usage_percpu_sys notify_on_release cpuacct.usage_percpu_user tasks

［?。蹚?fù)制代碼］（https://common.cnblogs.com/images/copycode.gif）］（javascript:void（0）; “復(fù)制代碼”）

如上紅色部分為docker目錄下依據(jù)容器的名稱默認(rèn)創(chuàng)建的目錄，我們進(jìn)入到這個(gè)目錄，然后輸出下之前我們?cè)趧?chuàng)建的時(shí)候指定的cpu.cfs_quota_us和cfs_period_us值

［root@k8s-master 16f51f6780685be9c83b1684515005f30aed91916fdd6573b28eaf56be201e4a］# cat cpu.cfs_period_us 100000

［root@k8s-master 16f51f6780685be9c83b1684515005f30aed91916fdd6573b28eaf56be201e4a］# cat cpu.cfs_quota_us 30000

可以看到我們之前設(shè)置的值已經(jīng)生效了，也就是說這個(gè)nginx的容器最多可以支持使用到30%左右的CPU帶寬。

相類似的我們可以對(duì)容器獲取CPU的資源的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置，通過--cpu-share這個(gè)參數(shù)，其指定的值并非是給容器具體的份額，其實(shí)是個(gè)權(quán)重，在需要對(duì)容器資源進(jìn)行限制時(shí)才會(huì)生效，權(quán)重大的，可以優(yōu)先得到CPU的資源；另外還可以對(duì)使用的核數(shù)進(jìn)行限制，針對(duì)多核的服務(wù)器，可以控制容器運(yùn)行限定使用哪些CPU內(nèi)核和內(nèi)存節(jié)點(diǎn)，即使用-cpuset-cpus和-cpuset-mens參數(shù)，比如：我們可以指定創(chuàng)建的容器只能用0、1、2三核。

三、總結(jié)

本文以CPU中周期控制限制某進(jìn)程的CPU資源使用為例子，介紹了其手動(dòng)設(shè)置參數(shù)和容器自動(dòng)設(shè)置參數(shù)，每新建1個(gè)容器，在/sys/fs/cgroup/cpu/docker目錄下都會(huì)自動(dòng)以容器的ID為名字創(chuàng)建1個(gè)目錄，且在此目錄下支持對(duì)CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬、磁盤的資源使用進(jìn)行限制，而其限制地處理與CPU的周期控制是類似的，這里就未做過多介紹
編輯：hfy