Docker原理之Cgroups

本文轉載自查看原文 2020-04-09 11:27 1762 Docker

Cgroup簡介

　　CGroup 是 Control Groups 的縮寫，是 Linux 內核提供的一種可以限制、記錄、隔離進程組 (process groups) 所使用的物理資源 (如 cpu memory i/o 等等) 的機制。2007 年進入 Linux 2.6.24 內核，CGroups 不是全新創造的，它將進程管理從 cpuset 中剝離出來，作者是 Google 的 Paul Menage。CGroups 也是 LXC 為實現虛擬化所使用的資源管理手段。

Cgroup架構

　　CGroup 技術可以被用來在操作系統底層限制物理資源，起到 Container 的作用。圖中每一個 JVM 進程對應一個 Container Cgroup 層級，通過 CGroup 提供的各類子系統，可以對每一個 JVM 進程對應的線程級別進行物理限制，這些限制包括 CPU、內存等等許多種類的資源。

Cgroup子系統解釋

子系統	描述
blkio	這個子系統為塊設備設定輸入/輸出限制，比如物理設備（磁盤，固態硬盤，USB 等等）
cpu	這個子系統使用調度程序提供對 CPU 的 cgroup 任務訪問
cpuacct	這個子系統自動生成 cgroup 中任務所使用的 CPU 報告
cpuset	這個子系統為 cgroup 中的任務分配獨立 CPU（在多核系統）和內存節點
devices	這個子系統可允許或者拒絕 cgroup 中的任務訪問設備
freezer	這個子系統掛起或者恢復 cgroup 中的任務
memory	這個子系統設定 cgroup 中任務使用的內存限制，並自動生成由那些任務使用的內存資源報告
net_cls	這個子系統使用等級識別符（classid）標記網絡數據包，可允許 Linux 流量控制程序（tc）識別從具體 cgroup 中生成的數據包

Cgroups限制測試

/sys/fs/cgroup下面都稱為子系統，目錄下包含了限制的資源種類，CentOS7

cfs_period 和 cfs_quota的關鍵字，主要是對cpu的限制，功能是限制進程在長度為 cfs_period 的一段時間內，只能被分配到總量為 cfs_quota 的 CPU 時間。
驗證cpu限制
- 進入到cpu目錄創建一個自己的容器 busket,系統會默認創建被限制的子系統

# 默認cpu使用時間（us）
## 結果：100ms
cat cpu.cfs_period_us 
100000
# 分配的時間
## -1 表示不限制
cat cpu.cfs_quota_us
-1

- 執行死循環，驗證不限制的情況是否占滿cpu

# 執行死循環
## 返回pid
while : ; do : ; done &
[2] 25013

　　　　　　由於我執行了兩次死循環，所以看到有兩個PID，都把cpu占滿了。由於我的虛擬機是分了3cpus，所以top的整個cups占用達到了70.7%，我執行一個的時候占用大概是36%左右。殺掉兩個進程后，Cpu(s) 降為正常，小於10%。

- 更改cpu.cfs_quota_us的值為25000（us）, 即單位時間內，即每100毫秒內占用25毫秒的時間，即執行死循環的話，單cpu占用率無限接近25%。驗證一下：
  - vi是無權限的，用echo進行修改。

## 更改cpu.cfs_quota_us為25000us
echo 25000 > cpu.cfs_quota_us

- - 執行死循環

# 執行死循環
## 返回pid
while : ; do : ; done &
[1] 4853

- - top

- - 把當前跑滿cpu的進程ID寫入限制進程的tasks子系統中。

# 把剛才死循環進程id寫入tasks子系統
echo 4853 > tasks

- - 驗證單cpu是否無限接近25%

　　　　可以看出，cgroup就是通過這種方式將控制組的資源使用進行限制。

docker限制

　　同理，docker也是通過cgroup進行限制的，可以看到我的子系統下面每個都有docker目錄。

　　可以看到cpu目錄下有剛才創建的busket，也有docker，還有我安裝的k8s的kubepods, 進入docker后里面又有很多容器ID，進入容器ID后也是一系列子系統文件。所以，docker就是基於namespace隔離出來並且通過cgroup做內核資源限制的虛擬化容器，本質是進程。

參考

　　https://time.geekbang.org/column/article/14653

　　https://blog.csdn.net/lbyyy/article/details/54342541