一、什么是Cgroup，使用場景？

容器本質上是進程，既然是進程就會消耗掉系統資源，比如：CPU、內存、磁盤、網絡帶寬等，如果不加以限制，容器在某些情況下就會無限制地吃掉宿主機的系統資源，顯然這不是我們期望發生的，另外當我們的環境中運行了很多容器，且系統資源一定的情況下，我們有優先保證主要容器應用的需求，如何既能夠解決此問題同時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為容器這類進程提供了隔離，而Cgroup可以為容器這類進程提供資源使用上限，兩者黃金搭檔，共同為容器應用保駕護航。

二、Cgroup的原理和實踐

CPU的周期控制

Cgroup可以為容器進程使用的CPU、內存、磁盤、網絡帶寬資源進行限制，具體是如何實現的呢？接下來我們一起來實操下，在 Linux 中，Cgroups 給用戶暴露出來的操作接口是文件系統，即它以文件和目錄的方式組織在操作系統的 /sys/fs/cgroup 這個路徑下，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，我們在進一步進入到CPU的子目錄查看下，里面有限制資源種類的詳細的限制地指標，比如

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

2、cpu.cfs_quota_us：指在cpu.cfs_period_us周期內給分配多少時間給容器

這兩個指標需要一起配合使用來實現CPU的周期控制，我們先手動模擬容器創建的時候，如何完成利用cgroup來實現資源限制，以CPU周期控制為例子，先在/sys/fs/cgroup/cpu目錄下創建1個container_

test的目錄，如下所示我已經創建好（紅色字體）。

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

［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

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然后進入到此目錄下，ls查看下，這里出現了一個神奇的形象，此目錄下自動生成了很多CPU子系統控制的指標，這些指標我們并未進行新增，也就是說在/sys/fs/cgroup/cpu目錄下會給新建的目默認配置CPU子系統資源限制的指標

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

［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

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這些指標如何作用呢？為了體現資源的使用情況，我們先寫一個程序來模擬來吃掉系統資源的情況，然后再來查看指標

［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while無限循環的shell腳本，默認情況下，這個程序之后的進程會占據掉系統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循環的進程占據掉了96.3%的CPU資源，在實際的應用中若進程這樣無限制的使用資源，將會給操作系統帶來很大的負擔，那么如何控制進程資源的使用呢？回到我們之前創建在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

默認創建的目錄下cfs_quota_us 若為-1，則表示還未啟用quota，即還未實行資源限制，cfs_period_us默認為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，在前面關于這2個概念有介紹，cpu.cfs_quota_us表示的是cfs_period_us的周期內，分配30/100的時間，即30%，接下來驗證下

［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

設置已完成，但是此時還不會立即生效，還需要將進程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

接下來我們在通過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%已經降到29.9%了，表明此while進程的CPU的資源使用上限已經設置成功。

以上整個過程為手動設置模擬容器創建的過程中CPU份額控制的過程，實際上在容器創建的過程中，并不需要上面這般步驟，我們只需要在run容器的時候指定指標參數即可，如下所示

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

上面的命令是后臺守護進程的方式運行了1個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間為30ms，可以看到這個分配和前面手動分配是一致的，值得注意的是這里需要加上-d來創建容器，若不加上的話會進入到終端交互界面，一旦提出終端交互界面后，容器這個進程也將會退出，而我們希望容器進程保持后臺運行，因此需要加上-d，容器運行成功后，將會在docker目錄下新建一個以容器ID命名的目錄，這個目錄和前面手動創建的目錄以上，系統會默認配置資源限制的參數，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

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

［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

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

如上紅色部分為docker目錄下依據容器的名稱默認創建的目錄，我們進入到這個目錄，然后輸出下之前我們在創建的時候指定的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置的值已經生效了，也就是說這個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容器獲取CPU的資源的優先級進行設置，通過--cpu-share這個參數，其指定的值并非是給容器具體的份額，其實是個權重，在需要對容器資源進行限制時才會生效，權重大的，可以優先得到CPU的資源；另外還可以對使用的核數進行限制，針對多核的服務器，可以控制容器運行限定使用哪些CPU內核和內存節點，即使用-cpuset-cpus和-cpuset-mens參數，比如：我們可以指定創建的容器只能用0、1、2三核。

三、總結

本文以CPU中周期控制限制某進程的CPU資源使用為例子，介紹了其手動設置參數和容器自動設置參數，每新建1個容器，在/sys/fs/cgroup/cpu/docker目錄下都會自動以容器的ID為名字創建1個目錄，且在此目錄下支持對CPU、內存、網絡帶寬、磁盤的資源使用進行限制，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