cgroups linux
在Linux系统中,资源管理是确保系统稳定性和性能的关键，为了有效控制进程对CPU、内存、I/O等系统资源的占用，Linux内核引入了cgroups（control groups）机制，cgroups不仅为容器技术（如Docker、LXC）提供了资源隔离的基础，还为系统管理员提供了精细化的资源管控手段，本文将从cgroups的核心概念、主要功能、使用方法及实际应用场景展开详细介绍。
cgroups的核心概念
cgroups的本质是一个内核功能,它将一组进程组织成一个层次化的结构（即cgroup树），并对每个cgroup中的进程施加特定的资源限制、审计和隔离策略，其核心目标包括：限制资源使用、优先级分配、资源计量以及控制进程生命周期。
cgroups的层次结构通过挂载点（mount point）和子系统（subsystem）实现，子系统是cgroups的具体功能模块，如cpu（CPU限制）、memory（内存管理）、blkio（块I/O控制）等，每个子系统可以挂载到文件系统的不同目录下，用户通过操作对应目录下的文件来配置cgroup参数。/sys/fs/cgroup/cpu目录下包含了所有与CPU控制相关的cgroup配置文件。
cgroups的主要功能
cgroups的功能通过不同的子系统实现,以下是几个关键子系统的作用：
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cpu子系统
用于控制CPU资源的使用，包括cpu.shares（设置CPU权重，决定cgroup间CPU时间分配比例）、cpu.cfs_quota_us和cpu.cfs_period_us（限制cgroup在周期内可使用的CPU时间），通过设置cpu.shares=512，可以让cgroup获得比默认值（1024）一半的CPU时间份额。 -
memory子系统
管理内存使用，支持限制内存分配（memory.limit_in_bytes）、控制swap使用（memory.memsw.limit_in_bytes）以及记录内存统计信息（如memory.usage_in_bytes），当进程超过内存限制时，cgroups会触发OOM（Out of Memory） killer或直接终止进程。 -
blkio子系统
用于限制块设备I/O操作，包括读写速率（blkio.throttle.read_bps_device）、I/O操作次数（blkio.io_serviced）等，可以通过设置blkio.weight为100（默认值）或500，调整cgroup对磁盘带宽的优先级。 -
devices子系统
控制cgroup内进程对设备的访问权限，通过devices.allow和devices.deny文件允许或禁止特定设备（如/dev/sda1）的读写权限。
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net_cls子系统
通过标记网络数据包的类别（如使用iptables），实现基于cgroup的网络流量控制，常用于QoS（服务质量）管理。
cgroups的使用方法
cgroups的配置通常通过直接操作/sys/fs/cgroup目录下的文件实现，或借助工具（如systemd、cgroup-tools）简化操作，以下是基本步骤：
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创建cgroup
在子系统目录下创建新目录，sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/my_cgroup
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设置资源限制
向cgroup的控制文件写入参数，例如限制CPU使用率为50%：echo 50000 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_cgroup/cpu.cfs_quota_us echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_cgroup/cpu.cfs_period_us
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将进程加入cgroup
通过将进程ID写入cgroup.procs文件或tasks文件（旧版本内核）：echo $PID > /sys/fs/cgroup/cpu/my_cgroup/tasks
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查看资源使用情况
子系统目录下的cpuacct.usage等文件记录了资源使用统计，cat /sys/fs/cgroup/cpu/my_cgroup/cpuacct.usage
对于systemd用户，可以通过服务单元文件直接配置cgroup，
[Service]
CPUQuota=50%
MemoryLimit=512M cgroups的实际应用场景
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容器技术
Docker、containerd等容器运行时依赖cgroups实现资源隔离，每个容器被分配独立的cgroup，确保容器间的资源竞争不会影响宿主机稳定性。 -
多租户环境
在云服务器或虚拟化平台中，cgroups可为不同租户设置资源配额，防止某个租户过度消耗资源导致服务中断。 -
进程优先级管理
通过调整cpu.shares或nice值，可以为关键进程（如数据库）分配更高优先级，保障其性能。 -
系统性能调优
在高负载场景下，利用cgroups限制非关键进程的资源使用，确保核心服务的响应速度。
cgroups的演进与未来
cgroups自2008年引入Linux内核以来,经历了多次迭代，早期版本（v1）存在层次结构僵化、子系统耦合等问题，而cgroups v2通过统一层级和简化接口解决了这些问题，成为现代Linux发行版的默认选择，cgroups将继续与eBPF等技术结合，提供更高效的资源管理和安全控制能力。
cgroups作为Linux内核的核心功能,为资源管理提供了灵活且强大的解决方案，无论是容器化部署、系统调优还是多租户环境，cgroups都发挥着不可替代的作用，深入理解其原理和使用方法，有助于开发者和管理员构建更高效、稳定的Linux系统。
