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Linux Cgroups(Control Groups)原理

nanshan 2025-08-06 22:02 6 浏览 0 评论

Linux Cgroups（Control Groups）是内核提供的资源分配、限制和监控机制，通过层级化进程分组实现资源的精细化控制。以下从核心原理、操作示例和版本演进三方面详细分析：

一、核心原理与架构

1. 层级结构（Hierarchy）

  • 每个Cgroup层级是一棵树形结构，节点为进程组（Cgroup）。
  • 子节点继承父节点的资源限制，并支持额外约束（如限制子组内存不超过父组80%）。
  • 示例：创建/sys/fs/cgroup/memory/app目录即生成一个内存控制组。

2. 控制器（Controller/Subsystem）

控制器是内核模块，负责具体资源管理：

  • CPU控制器：通过cpu.shares分配CPU时间权重，或cpu.cfs_quota_us设定绝对配额（如限制进程组最多使用50% CPU）。
  • 内存控制器：通过memory.limit_in_bytes限制物理内存（如100MB），memory.swappiness控制Swap使用。
  • 其他控制器：blkio：限制磁盘I/O带宽pids：限制进程数量net_cls：标记网络包实现带宽控制。

3. 进程绑定机制

  • 将进程PID写入cgroup.procs文件加入控制组（如echo 1234 > /sys/fs/cgroup/memory/app/cgroup.procs）。
  • 进程的子进程自动继承父进程所属Cgroup。

二、操作示例：限制CPU与内存

1. 创建CPU限制组

# 创建Cgroup目录
mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/app
# 限制该组进程每100ms周期内最多使用50ms CPU时间（即50%）
echo 50000 > /sys/fs/cgroup/cpu/app/cpu.cfs_quota_us
echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/app/cpu.cfs_period_us
# 将进程PID加入该组
echo 1234 > /sys/fs/cgroup/cpu/app/cgroup.procs

效果：PID 1234及其子进程的CPU占用率不超过50%。

2. 创建内存限制组

mkdir /sys/fs/cgroup/memory/app
# 限制内存上限为100MB，超过则触发OOM Killer
echo 100M > /sys/fs/cgroup/memory/app/memory.limit_in_bytes
echo 1234 > /sys/fs/cgroup/memory/app/cgroup.procs

效果：进程组占用内存超100MB时，内核终止组内进程。

三、Cgroups v1 与 v2 架构对比

特性

Cgroups v1

Cgroups v2（Unified Hierarchy）

层级设计

多棵树，每树绑定单一控制器

单棵树整合所有控制器

资源限制

控制器独立配置，易冲突（如CPU与内存分离）

统一配置文件（如cgroup.controllers）

内存控制

仅限物理内存

支持内存+Swap+内核内存统一限制

进程迁移

需手动操作

自动迁移子树

v2优势：避免资源竞争（如CPU和内存限制冲突），简化管理逻辑。

四、应用场景

  1. 容器资源隔离
    Docker/Kubernetes 使用Cgroups限制容器CPU、内存等资源，防止单一容器耗尽宿主机资源。
  2. 系统服务管理
    Systemd 为每个服务创建Cgroup（如systemctl set-property httpd.service CPUQuota=50%）。
  3. 多租户环境
    云平台通过Cgroups实现租户间的资源配额（如AWS ECS任务级CPU共享）。

关键设计思想

  • 层级化资源分配：资源按树形结构逐级分配，实现细粒度控制。
  • 控制器解耦：各资源类型由独立模块管理，扩展性强（如新增GPU控制器）。
  • 动态调整：运行时修改限制参数（如echo 200M > memory.limit_in_bytes），无需重启进程。

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