Linux control group筆記

Linux CGroup（Control Groups）是一個強大的內核功能，用于限制、記錄和隔離進程組（process groups）使用的系統資源（如 CPU、內存、磁盤 I/O、網絡等）。它通過將進程分組并對這些組進行資源分配和控制，來實現資源的精細化管理。

🔧 CGroup 核心概念

CGroup 主要圍繞以下幾個核心概念構建：

  • 子系統 (Subsystem)：也稱為控制器，是資源控制的具體模塊。例如：
    • cpu：控制 CPU 訪問。
    • memory：限制內存使用。
    • blkio：限制塊設備 I/O。
    • cpuset：分配 CPU 和內存節點。
    • pids：限制進程數量。
  • 控制組 (CGroup)：一組進程的集合。每個控制組都可以關聯一個或多個子系統，并為這些子系統設置特定的資源限制參數。
  • 層級結構 (Hierarchy)`：控制組以樹形結構組織。子控制組默認繼承父控制組的屬性，但也可自定義。
  • 任務 (Tasks)：任務對應進程或線程。任務可以加入某個控制組，從而受到該控制組所有子系統限制規則的約束。

📊 CGroup 的版本

CGroup 主要有兩個版本：v1 和 v2。v2 旨在簡化設計并統一資源配置，許多現代 Linux 發行版已默認使用 cgroup v2（檢查 /sys/fs/cgroup/cgroup.controllers 是否存在）。兩者在操作和功能上有些差異，建議新項目優先考慮 v2。

🛠? CGroup 的管理與使用

管理 CGroup 主要有兩種方式：

  1. 通過虛擬文件系統 (VFS) 手動操作：CGroup 通過一個虛擬文件系統（通常掛載在 /sys/fs/cgroup）暴露其接口。你可以通過創建目錄、讀寫文件來創建控制組、設置參數和添加進程。

  2. 使用命令行工具：如 cgroup-tools 包（例如 cgcreate, cgset, cgexec）提供了更方便的命令行操作。
    cgcreate
    cgdelete
    lscgroup
    cgset
    cgget

    systemd-cgls
    systemd-cgtop

常用命令示例

以下是一些使用 cgroup-tools 的常見命令示例（部分命令在 v2 中可能有所不同或需調整）：

功能命令示例說明
創建控制組sudo cgcreate -g cpu,memory:mygroup創建名為 mygroup 的控制組，并關聯 cpu 和 memory 控制器。
設置 CPU 限制sudo cgset -r cpu.max='50000 100000' mygroup (v2)在 v2 中，設置 mygroup 在周期 100000us 內最多使用 50000us 的 CPU 時間（即 50% 的單核利用率）。
sudo cgset -r cpu.cfs_quota_us=50000 -r cpu.cfs_period_us=100000 mygroup (v1)在 v1 中實現同上限制。
設置內存限制sudo cgset -r memory.max=100M mygroup (v2)限制 mygroup 最大內存使用為 100MB。
sudo cgset -r memory.limit_in_bytes=100M mygroup (v1)v1 中的內存限制設置。
在 CGroup 中運行進程sudo cgexec -g cpu,memory:mygroup /path/to/command在 mygroup 控制組中啟動一個進程。
將現有進程加入 CGroupsudo cgclassify -g cpu,memory:mygroup 1234將 PID 為 1234 的進程加入到 mygroup 控制組。
`echo 1234sudo tee /sys/fs/cgroup/mygroup/cgroup.procs`
刪除控制組sudo cgdelete mygroup刪除名為 mygroup 的控制組。
直接操作文件系統示例

你也可以直接與 /sys/fs/cgroup 下的文件交互：

# 創建控制組 (v1 示例，在cpu控制器下創建mygroup)
sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup# 設置CPU限制 (v1)
echo 100000 | sudo tee /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup/cpu.cfs_period_us
echo 50000 | sudo tee /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup/cpu.cfs_quota_us # 限制50%# 將進程加入控制組
echo 1234 | sudo tee /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup/cgroup.procs# 刪除控制組
sudo rmdir /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup

💻 C++ 中的 CGroup API 調用

CGroup 主要通過虛擬文件系統提供接口，因此 C++ 中操作 CGroup 本質上就是對文件系統進行讀寫操作。你可以使用標準的 C++ 文件操作庫（如 <fstream>）或 Linux 系統調用（如 open, write, read）。

下面是一個簡單的例子，演示如何使用 C++ 將當前進程添加到指定 CGroup（這里以 v2 的 cgroup.procs 為例）：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>bool add_self_to_cgroup(const std::string& cgroup_path) {// 獲取當前進程的 PIDpid_t pid = getpid();// 構建 cgroup.procs 文件的完整路徑std::string procs_file_path = cgroup_path + "/cgroup.procs";// 以寫入模式打開文件std::ofstream procs_file(procs_file_path);if (!procs_file.is_open()) {std::cerr << "Failed to open " << procs_file_path << std::endl;return false;}// 將 PID 寫入文件procs_file << pid;if (procs_file.fail()) {std::cerr << "Failed to write PID to " << procs_file_path << std::endl;procs_file.close();return false;}procs_file.close();std::cout << "Successfully added PID " << pid << " to " << cgroup_path << std::endl;return true;
}int main() {// 假設你要加入的 CGroup 路徑 (需要根據實際情況修改)std::string my_cgroup_path = "/sys/fs/cgroup/my_cgroup";if (add_self_to_cgroup(my_cgroup_path)) {// 進程現在已經在 CGroup 中了，后續的資源使用將受到限制// ... 在這里執行你的受限制任務 ...std::cout << "Process is now within the cgroup. Running restricted task..." << std::endl;// 模擬一些工作volatile int i = 0;while (i < 100000000) { i++; }} else {return 1;}return 0;
}

重要說明：

  • 這段代碼需要以 root 權限運行，因為通常只有 root 用戶才能修改 CGroup 配置。
  • 代碼中的 CGroup 路徑 (my_cgroup_path) 需要根據你的系統實際情況和要使用的控制器進行修改。對于 cgroup v2，通常掛載在 /sys/fs/cgroup，而你需要在其下創建或使用已有的子目錄。
  • 這只是一個簡單的示例，演示如何添加進程。要設置資源限制（如 CPU、內存），你還需要在運行此程序前，手動使用 cgset、echo 到相應文件等方式，提前為這個 CGroup 配置好限制參數（例如設置 my_cgroup/cpu.max）。
  • 更復雜的操作（如創建 CGroup、設置各種參數）同樣可以通過 C++ 代碼讀寫其他 CGroup 接口文件來實現。邏輯類似：構建正確的文件路徑，然后寫入符合格式要求的字符串。

?? 注意事項

  1. 權限問題：操作 CGroup 通常需要 root 權限。
  2. 資源爭搶：CGroup 的 CPU 限制（如 cpu.shares）只在進程競爭 CPU 時生效。如果一個進程空閑，它仍然可以使用所有可用 CPU；只有當多個進程需要 CPU 時，份額才起作用。
  3. 版本差異：務必注意你使用的 Linux 系統是 cgroup v1 還是 v2，因為它們的控制器、可調參數和文件系統結構可能不同。檢查 /sys/fs/cgroup 的掛載情況。
  4. 系統服務管理：許多現代 Linux 發行版使用 systemd，它自身就使用 CGroup 來管理和隔離服務。你可以使用 systemctl set-property 命令來調整系統服務的資源限制。
  5. 錯誤處理：在實際的程序中，務必添加更健壯的錯誤處理。

💎 總結

CGroup 是 Linux 系統資源管理的利器。你可以通過：

  • 命令行工具（如 cgroup-tools）快速上手和管理。
  • 直接操作 /sys/fs/cgroup 下的文件來靈活控制。
  • 在 C++ 程序中使用文件操作 API 來以編程方式與 CGroup 交互，實現進程的資源限制。

希望這些介紹和示例能幫助你更好地理解和使用 Linux CGroup。

?? 查看進程所屬的 CGroup

每個運行中的進程在 /proc/ 目錄下都有對應的子目錄，其中 cgroup 文件明確記錄了該進程屬于哪個 CGroup。

操作命令：

cat /proc/<PID>/cgroup

輸出示例：

cat /proc/2467/cgroup
0::/system.slice/example.service

這里的 0:: 在 cgroup v2 中表示系統使用的唯一層級。/system.slice/example.service 則指明了該進程屬于 example.service 這個 systemd 單元對應的 CGroup。

對于 cgroup v1，輸出會更復雜，會顯示進程在各個控制器（如 cpu, memory）層級中的路徑：

12:memory:/user.slice/user-1000.slice
9:blkio:/user.slice/user-1000.slice
8:net_cls,net_prio:/
7:cpu,cpuacct:/user.slice/user-1000.slice
6:perf_event:/
5:freezer:/
4:cpuset:/
3:pids:/user.slice/user-1000.slice
2:devices:/user.slice/user-1000.slice
1:name=systemd:/user.slice/user-1000.slice/session-3.scope

每行由冒號分隔的三部分組成：

  • 第一列：層級ID（Hierarchy ID），對應 /proc/cgroups 中的信息。
  • 第二列：綁定的控制器（subsystem）列表，多個控制器用逗號隔開。
  • 第三列：該進程在此控制器層級中的路徑（相對于CGroup掛載點的路徑）。

若進程在容器中，此文件內容通常包含容器ID，例如：

0::/kubepods/besteffort/pod779e55c6-0467-4431-997f-25a71a8e8a8e/a9ccdd00512985cb6e6c8dff176cb3086a989e477200c9a1cfdf8749182fc1da

其中的長哈希串 a9ccdd00512985cb6e6c8dff176cb3086a989e477200c9a1cfdef8749182fc1da 通常就是容器ID。

通過進程名查找PID并查看CGroup

若不確定進程PID，可通過進程名先查找PID：

# 方法1：使用 ps 和 grep
ps -eo pid,comm | grep <進程名># 方法2：使用 pgrep（更簡潔）
pgrep <進程名>

然后對找到的PID執行 cat /proc/<PID>/cgroup。

也可寫成一個簡單的腳本：

#!/bin/bash
echo "查看進程 '$1' 的CGroup信息："
for PID in $(pgrep "$1"); doecho "PID: $PID"cat /proc/$PID/cgroupecho "------"
done

保存為 find_cgroup.sh 后使用 bash find_cgroup.sh <進程名> 執行。

🔍 查看CGroup包含的進程

要查看一個CGroup包含了哪些進程，主要可通過查看CGroup文件系統中的應用文件來實現。

1. 通過 cgroup.procs 文件

在CGroup目錄中，cgroup.procs 文件列出了該CGroup中的所有進程ID。

操作命令：

cat /sys/fs/cgroup/<控制器>/<CGroup路徑>/cgroup.procs

例如：

# 查看 system.slice/example.service 這個CGroup中的進程（假設在v2的unified層級下）
cat /sys/fs/cgroup/system.slice/example.service/cgroup.procs# 查看 v1 中 memory 控制器下 /user.slice/user-1000.slice 的進程
cat /sys/fs/cgroup/memory/user.slice/user-1000.slice/cgroup.procs

2. 通過 tasks 文件（主要見于cgroup v1）

在cgroup v1中，tasks 文件列出了該CGroup中的所有線程ID。一個進程的所有線程可能分布在不同的CGroup中。

操作命令：

cat /sys/fs/cgroup/<控制器>/<CGroup路徑>/tasks

注意：cgroup v2 中已移除了 tasks 文件，統一使用 cgroup.procs。

3. 使用 cgclassify 命令

cgclassify 命令可用于將進程分類到指定CGroup，但結合 -g 參數也能用來查詢特定進程所屬的CGroup（此用法更側重于查看進程所屬CGroup，而非直接列出CGroup中的所有進程）。

sudo cgclassify -g <控制器>:<CGroup路徑> <進程PID>

但更常用于查看進程所屬CGroup信息的是 /proc/<PID>/cgroup 文件。

4. 使用 systemd-cgtop (systemd-cgls)

systemd-cgtop 命令可以像一個“頂級”命令一樣，以交互方式按層級實時顯示各CGroup的資源使用情況（如CPU、內存），同時也會顯示出對應的CGroup名稱。

操作命令：

systemd-cgtop# output
Path                                                                 Tasks   %CPU   Memory  Input/s Output/s
/system.slice                                                          85    5.0   500.0M        -        -
/system.slice/example.service                                           1   80.0    10.0M        -        -
/user.slice                                                            50    2.0   200.0M        -        -ubuntu:/proc$ systemd-cgls
Control group /:
-.slice
├─user.slice 
│ └─user-1000.slice 
│   ├─user@1000.service 
│   │ ├─session.slice 
│   │ │ ├─org.gnome.SettingsDaemon.MediaKeys.service 
│   │ │ │ └─2614 /usr/libexec/gsd-media-keys
│   │ │ ├─org.gnome.SettingsDaemon.Smartcard.service 
│   │ │ │ └─2643 /usr/libexec/gsd-smartcard
│   │ │ ├─org.gnome.SettingsDaemon.Datetime.service 
│   │ │ │ └─2608 /usr/libexec/gsd-datetime
│   │ │ ├─xdg-document-portal.service 
│   │ │ │ ├─2048 /usr/libexec/xdg-document-portal
│   │ │ │ └─2059 fusermount3 -o rw,nosuid,nodev,fsname=portal,auto_unmount,subtype=portal>
│   │ │ ├─org.gnome.SettingsDaemon.Housekeeping.service 
│   │ │ │ └─2609 /usr/libexec/gsd-housekeeping
│   │ │ ├─org.gnome.Shell@x11.service 
│   │ │ │ ├─   2406 /usr/bin/gnome-shell
│   │ │ │ ├─   8869 cat
│   │ │ │ ├─   8870 cat
│   │ │ │ ├─  11977 /disk2/soft2/WindTerm_2.5.0_2nd/WindTerm
│   │ │ │ ├─  12025 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─  12040 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─  12047 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─  12120 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─  12176 docker start -i 106850ccf3bc
│   │ │ │ ├─  71449 gjs /usr/share/gnome-shell/extensions/ding@rastersoft.com/ding.js -E >
│   │ │ │ ├─ 434225 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─ 461638 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─ 479174 docker start -i aee853fd0881
│   │ │ │ ├─1767812 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─1767852 /bin/bash -i -l
│   │ │ │ ├─2658314 systemd-cgls
│   │ │ │ ├─2658315 pager
│   │ │ │ └─4055392 /bin/bash -i -l

這能幫你快速了解哪些CGroup正在消耗資源。

📊 快速對比：查看CGroup與進程歸屬的方法

下表總結了上述方法的主要用途和特點：

查詢目標主要方法/命令關鍵文件或參數說明
進程所屬的CGroupcat /proc/<PID>/cgroup/proc/<PID>/cgroup最直接的方法，同時適用于cgroup v1和v2。
cgclassify (查詢)-g <控制器>:<CGroup路徑> <PID>更常用于分類進程，查詢信息不如/proc直觀。
CGroup包含的進程cat /sys/fs/cgroup/.../cgroup.procscgroup.procs列出CGroup中的所有進程ID（v1和v2均適用）。
cat /sys/fs/cgroup/.../tasks (v1)tasks列出CGroup中的所有線程ID（主要用于cgroup v1）。
監控CGroup資源與進程歸屬systemd-cgtop-交互式實時監控各CGroup資源使用情況，會顯示CGroup名稱。

💎 實用技巧與注意事項

  1. 區分CGroup版本：你的系統可能使用 cgroup v1 或 v2，兩者在文件系統結構和一些文件上有差異（如v2移除了tasks文件）。檢查 /sys/fs/cgroup 的掛載情況可以判斷版本。
  2. 權限問題：讀取 /proc/<PID>/cgroup 通常不需要特殊權限（只要你有權訪問該進程）。但查看或操作 /sys/fs/cgroup/ 下的文件，尤其是修改，通常需要 root 權限。
  3. 容器環境：在容器環境中，/proc/<PID>/cgroup 文件的內容是識別進程屬于哪個容器的重要依據，因為路徑常包含容器ID。
  4. 使用 lscgroup 命令：有些發行版可能安裝了 cgroup-tools 包，其中包含 lscgroup 命令，可用于列出所有存在的CGroup。

掌握這些方法，你就能輕松地在進程和CGroup之間進行雙向查找了。

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文章目錄&#x1f680; ELK Stack 部署詳解&#xff08;CentOS 7/8&#xff09;&#x1f4e6; 一、環境準備1. 關閉防火墻&#xff08;或開放端口&#xff09;2. 關閉 SELinux3. 安裝基礎依賴4. 驗證 Java&#x1f53d; 二、下載并安裝 ELK 組件1. 導入 Elastic GPG 密鑰2. 創建…
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