默认的Cgroup层次结构

默认情况下systemd自动创建一个slice（片），scope（范围）和service（服务）单元来提供cgroup树的统一结构。使用systemctl命令，可以通过创建定制的slice来修改这个层次结构。并且，systemd为重要的内核资源控制器在/sys/fs/cgroup/目录下自动挂载层次结构。

警告

通过libcgroup软件包提供的cgconfig工具可以挂载和处理控制器的层次结构，但不被systemd所支持（尤其是net-prio控制器）。绝对不要使用libcgroup工具来修改通过systemd所挂载的默认层次结构，因为这样会导致不可预知的错误。libcgroup软件包将在未来的Red Hat Enterprise Linux版本中移除。

Systemd单元类型

systemd是Red Hat Enterprise Linux 7开始取代init的服务管理系统，本段落内容适用于RHEL 7。

所有运行在系统（RHEL 7）中的进程都是systemd init进程的子进程。systemd提供了三种单元类型用于资源控制目的：

  • Service服务 - 一个进程或者一组进程，由systemd基于单元(unit)配置文件启动。服务包装了特定的进程，这样它们可以作为一个整体进行启动或停止。服务被命名成如下方式：
name.service
  • Scope范围 - 一组外部创建的进程。scope包装了通过fork()功能启动和停止的进程，然后在运行时由systemd注册进程。例如，用户会话，容器和虚拟机就被视为scope。scope被命名成如下方式：
name.scope
  • slice分片 - 使用unit层次化组织的组。slice不包含进程，它是由scope和service组成的层次结构。活跃的进程则包含在scope或service中。在层次结构树中，每个slice单元的命名都对应了层级结构中指向目标的路径。符号-就表示路径组件特征。例如，如果一个slice类似如下：
parent-name.slice

则表示这个parent-name.slice是parent.slice的subslice，这个slice也可以有自己的subslice，例如parent-name-name2.slice，依次类推。这里的根slice是-.slice。

service，scope和slice单元在cgroup树中直接被映射到对象。当这些单元被激活，每个单元都各自直接映射到单元名字对应的cgroup路径。例如位于test-waldo.slice中的ex.service被映射到cgroup的test.slice/test-waldo.slice/ex.service/。

service，scope和slice可以由系统管理员手工创建或者由程序动态创建。默认情况，操作系统定义了一组运行系统所必须的服务。即，默认有4个slice：

  • -.slice - 根slice
  • system.slice - 所有系统服务的默认存放位置
  • user.slice - 所有用户会话的默认存放位置
  • machine.slice - 所有虚拟机和容器的默认存放位置

注意，所有用户会话被自动放到一个独立的scope单元，虚拟机和容器进程也是这样处理的。而且，所有用户被指派到一个默认的subslice。在这个默认配置中，系统管理员可以定义一个新的slice并指定service和scope到这个slice中。

以下是systemd-cgls命令的输出案例：

├─1 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 21
├─user.slice
│ └─user-1000.slice
│   └─session-2.scope
│     ├─2069 sshd: vagrant [priv]
│     ├─2072 sshd: vagrant@pts/0
│     ├─2073 -bash
│     ├─2253 systemd-cgls
│     └─2254 systemd-cgls
└─system.slice
  ├─postfix.service
  │ ├─1200 /usr/libexec/postfix/master -w
  │ ├─1216 qmgr -l -t unix -u
  │ └─2250 pickup -l -t unix -u
  ├─sshd.service
  │ └─888 /usr/sbin/sshd -D
  ...

上述案例可以看到service和scope包含进程，并且service和scope又被包含在slice中，而slice是不直接包含进程的。唯一的例外是PID为1的进程，位于特殊的systemd.slice中。还要注意，-.slice并没有显示在输出中，这是因为它表示了整个cgroup树。

service和slice单元可以通过单元文件配置或者动态通过调用PID 1的API来创建。scope单元则只能使用单元配置文件的方法来创建。通过API调用方法动态创建的单元是临时的并且只在运行期间存在。这些短暂存在的单元在单元结束时、禁用时或系统重启时自动释放。

Linux内核中的资源控制器

资源控制器（resource controller），也称为cgroup子系统（cgroup subsystem），相当于一个单一资源，例如CPU时间或内存。Linux内核提供了一系列的资源控制器，它们都通过systemd自动挂载。

在/proc/cgroups中列出了当前挂载的resource controller列表

cat /proc/cgroups

输出内容

#subsys_name    hierarchy    num_cgroups    enabled
cpuset    7    1    1
cpu    5    1    1
cpuacct    5    1    1
memory    8    1    1
devices    10    1    1
freezer    6    1    1
net_cls    3    1    1
blkio    2    1    1
perf_event    4    1    1
hugetlb    9    1    1

也可以通过lssubsys(该命令属于libcgroup-tools软件包)，其中-i参数表示层次结构，-m参数表示输出挂载

lssubsys -i

输出

cpuset 7
cpu,cpuacct 5
memory 8
devices 10
freezer 6
net_cls 3
blkio 2
perf_event 4
hugetlb 9

lssubsys -m

cpuset /sys/fs/cgroup/cpuset
cpu,cpuacct /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct
memory /sys/fs/cgroup/memory
devices /sys/fs/cgroup/devices
freezer /sys/fs/cgroup/freezer
net_cls /sys/fs/cgroup/net_cls
blkio /sys/fs/cgroup/blkio
perf_event /sys/fs/cgroup/perf_event
hugetlb /sys/fs/cgroup/hugetlb

在RHEL 7中可用的资源控制器：

  • blkio - 设置访问块设备的I/O存取限制
  • cpu - 设置CPU调度算法提供cgroup调度任务访问CPU。这个挂载是和cpuacct控制器同时挂载的
  • cpuacct - 通过使用cgroup的任务创建CPU资源的自动报告。这个挂载是和cpu控制器同时挂载的
  • cpuset - 在多核系统中指定独立的CPU和内存节点给cgroup的任务
  • devices - 允许或拒绝cgroup中的任务访问设备
  • freezer - 挂起或继续cgroup重大任务
  • memory - 通过cgroup中的任务设置内存限制，并通过其他任务来自动创建内存资源的报告
  • net_cls - 通过分类标记（classid）来标记网络数据包，这样Linux流量控制器（tc命令）从参与的cgroup任务中标记数据包。
  • perf_event - 通过perf工具激活监控cgroups
  • hugetlb - 允许使用大的虚拟内存也，并强化资源限制在这些内存页

Linux内核针对可以通过systemd配置的资源控制来提供广泛的性能调优参数。

相关信息资源

cgroup相关的systemd文档

以下手册页（man）包含了systemd下的cgroup通用信息

  • systemd.resource-control - 描述通过system单元共享的资源控制配置选项
  • systemd.unit - 描述所有单元配置文件的常用项
  • systemd.slice - 提供.slice单元的通用信息
  • systemd.scope - 提供.scope单元的通用信息
  • systemd.service - 提供.service单元的通用信息

控制器相关内核文档

内核文档软件包提供了详细的有关所有资源控制器的文档。这个软件包包含了可选的订阅通道。

yum install kernel-doc

安装完成后，相关文件位于 /usr/share/doc/kernel-doc-<kernel_version>/Documentation/cgroups/目录。

在线文档

参考

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