一、什麼是Cgroup，使用場景?
容器本質上是程式，既然是程式就會消耗掉系統資源，比如：CPU、記憶體、磁碟、網路頻寬等，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執行了很多容器，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為容器這類程式提供了隔離，而Cgroup可以為容器這類程式提供資源使用上限，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的週期控制
Cgroup可以為容器程式使用的CPU、記憶體、磁碟、網路頻寬資源進行限制，具體是如何實現的呢？接下來我們一起來實操下，在 Linux 中，Cgroups 給使用者暴露出來的操作介面是檔案系統，即它以檔案和目錄的方式組織在作業系統的 /sys/fs/cgroup 這個路徑下，我們先去此目錄檢視下
[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的子目錄檢視下，裡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週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的週期控制，我們先手動模擬容器建立的時候，如何完成利用cgroup來實現資源限制，以CPU週期控制為例子，先在/sys/fs/cgroup/cpu目錄下建立1個container_
test的目錄，如下所示我已經建立好（紅色字型）。
[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
然後進入到此目錄下，ls檢視下，這裡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，這些指標我們並未進行新增，也就是說在/sys/fs/cgroup/cpu目錄下會給新建的目預設配置CPU子系統資源限制的指標
[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
這些指標如何作用呢？為了體現資源的使用情況，我們先寫一個程式來模擬來吃掉系統資源的情況，然後再來檢視指標
[root@k8s-master sh]# cat while.sh #!/bin/bash while : ; do : ; done &
[root@k8s-master sh]# sh while.sh
通過如上程式，寫了一個while無限迴圈的shell指令碼，預設情況下，這個程式之後的程式會佔據掉系統所剩叢集的所有資源，可通過top命令檢視下
[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迴圈的程式佔據掉了96.3%的CPU資源，在實際的應用中若程式這樣無限制的使用資源，將會給作業系統帶來很大的負擔嗎，那麼如何控制程式資源的使用呢？回到我們之前建立在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
預設建立的目錄下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預設為100000us=100ms=0.1s（秒），接下來我們向cpu.cfs_quota_us 輸入30ms，cfs_period_us值維持不變還是為100ms，在前面關於這2個概念有介紹，cpu.cfs_quota_us表示的是cfs_period_us的週期內，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
設定已完成，但是此時還不會立即生效，還需要將程式ID輸入到資源限制地task裡
[root@k8s-master container_test]# echo 14975 > /sys/fs/cgroup/cpu/container_test/tasks
接下來我們在通過top檢視下資源使用情況，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程式的CPU的資源使用上限已經設定成功。
以上整個過程為手動設定模擬容器建立的過程中CPU份額控制的過程，實際上在容器建立的過程中，並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引數即可，如下所示
[root@k8s-master container_test]# docker run -it -d --cpu-period=100000 --cpu-quota=30000 nginx /bin/bash
上面的命令是後臺守護程式的方式執行了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，值得注意的是這裡需要加上-d來建立容器，若不加上的話會進入到終端互動介面，一旦提出終端互動介面後，容器這個程式也將會退出，而我們希望容器程式保持後臺執行，因此需要加上-d，容器執行成功後，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建立的目錄以上，系統會預設配置資源限制的引數，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
[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
如上紅色部分為docker目錄下依據容器的名稱預設建立的目錄，我們進入到這個目錄，然後輸出下之前我們在建立的時候指定的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定的值已經生效了，也就是說這個nginx的容器最多可以支援使用到30%左右的CPU頻寬。
相類似的我們可以對容器獲取CPU的資源的優先順序進行設定，通過--cpu-share這個引數，其指定的值並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，針對多核的伺服器，可以控制容器執行限定使用哪些CPU核心和記憶體節點，即使用-cpuset-cpus和-cpuset-mens引數，比如：我們可以指定建立的容器只能用0、1、2三核。
三、總結
本文以CPU中週期控制限制某程式的CPU資源使用為例子，介紹了其手動設定引數和容器自動設定引數，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為名字建立1個目錄，且在此目錄下支援對CPU、記憶體、網路頻寬、磁碟的資源使用進行限制，而其限制地處理與CPU的週期控制是類似的，這裡就未做過多介紹，感興趣的讀者可以自己實踐驗證下，感謝您的閱讀！
作者簡介：雲端計算容器\Docker\K8s\Serverless方向產品經理，學點技術，為更好地設計產品。