容器核心技术–CGroup

接上一个小节，我们来试想这样一个场景：

一台宿主机的容器中运行了一个监控服务，但监控服务占用了宿主机全部的 CPU 和内存等资源，导致宿主机上的其他服务和容器都被卡死，无法正常运行。

监控类服务不应占用大量资源，无论是什么原因引起的问题，都不应该影响宿主机的正常使用，否则容器的隔离就没有意义。Namespace 只能做到系统资源维度的隔离，无法做到硬件资源的控制。我们需要使用一种机制 Cgroup，指定容器应用最大占用多少资源。

Linux cgroups 的全称是 Linux Control Groups，它是 Linux 内核的特性，主要作用是限制、记录和隔离进程组（process groups）使用的物理资源（CPU、Memory、IO 等）。

1. CGroup 核心概念

前面说过 CGroup 是用来对进程进行资源管理的，因此 CGroup 需要考虑如何抽象这两种概念：进程和资源，同时如何组织自己的结构。CGroup 机制中有以下几个基本概念：

• task：任务，对应于系统中运行的一个实体，下文统称进程；
• subsystem：子系统，具体的资源控制器（resource class 或者 resource controller），控制某个特定的资源使用；
• cgroup：控制组，一组任务和子系统的关联关系，表示对这些任务进行怎样的资源管理策略；
• hierarchy：层级树，由一系列 CGroup 组成的树形结构。每个节点都是一个 CGroup ，CGroup 可以有多个子节点，子节点默认会继承父节点的属性。系统中可以有多个 hierarchy。

Cgroup 机制非常复杂，上面的名词了解就好，学习 Docker 暂时还不需要深入研究它。

在 Linux 环境中，我们可以执行 ls -al /sys/fs/cgroup/ 查看当前系统的 Cgroup：

我们看到目录中有若干个子目录，除了 systemd 目录，其他的一个子目录对应一个子系统，子系统功能如下所示。

3. 演示：使用 Cgroup 限制进程 CPU 资源占用

在上面的表格中， 你会发现大量出现Cgroup 中的进程这个描述，原因在于我们必须先挂载子系统，将进程纳入 Cgroup 组规则中，然后 Cgroup 机制才能控制这个进程。

我们马上上手尝试一下，先安装stress

sudo dnf install https://download-ib01.fedoraproject.org/pub/epel/7/x86_64/Packages/s/stress-1.0.4-16
.el7.x86_64.rpm

Tips：我们使用stress 的软件进行压力负载测试，stress 会根据设定，执行一系列消耗系统资源的操作，使得系统在一定的负载下运行。

启动一个压力负载测试的进程：

# 产生 1个进程，每个进程都反复不停地计算随机数的平方根
stress -c 1 > /dev/null &

使用top 命令查看资源占用情况

图中两个红框从左到右分别代表压力测试的进程号是 1816，CPU 占用百分比 99%，说明压力测试进程正常生效了。

切换到 root 用户：

sudo su - root

进入 /sys/fs/cgroup/cpu 这个目录：

cd /sys/fs/cgroup/cpu

创建一个 Cgroup 组，即在当前目录下创建一个子目录：

mkdir testcpu

进入 testcpu 目录：

cd testcpu

查看 cpu.cfs_period_us 代表时间周期总长度：

cat cpu.cfs_period_us  # 100000

将 cpu.cfs_quota_us 设为当前 cgroup 在设置的周期长度内所能使用的 CPU 时间 10000，即总周期100000的 10%：

echo 10000 > cpu.cfs_quota_us  

将压力测试的进程添加到 Cgroup 组的规则中，1816 是stress进程 id：

echo 1816 > tasks

top 查看资源占用，发现 stress 进程的 CPU 占用率被压到了 10%，说明 Cgroups 对于 CPU 的控制起了效果。

3. 思考

试想一下，我们将本节限制 CPU 资源的操作对象，从 stress 这个程序，改换成前一节的 container，就获得了一个同时限制了硬件资源和系统资源的容器。

4. 小结

通过本节的介绍，我们对 Cgroup 有了直观的认知。Cgroup 是个非常强大的系统，容器技术需要使用它进行资源的限制，但这不代表着 Cgroup 只能用于容器技术，比如在云服务商的计费系统中，也有它的身影。

或许你会感觉这一节与上一节 Namespace 的内容有些生僻，别担心，我们介绍 Namespace 和 CGroup 的目的不是去精通他们的底层原理和使用方法，而是要真正认识到：容器的本质就是一个特殊的进程。