使用cgroups控制进程cpu配额
Linux下的cgroups，全称叫Control Groups，最初由Google工程师提出并实现，linux从2.6开始将这个特性纳入内核。cgroups主要对进程按组(Group)进行资源配额的控制，包括CPU、内存、IO等，相比古老的ulimit，cgroups更为平滑和易用，成为容器技术（比如docker）的基础。
cgroups的形态
cgroups.png
hierarchy：cgroups从用户态看，提供了一种叫cgroup类型的文件系统(Filesystem)，这是一种虚拟的文件系统，并不真正保存文件，类似/proc。通过对这个文件系统的操作（读，写，创建子目录），告诉内核，你希望内核如何控制进程对资源的使用。文件系统本身是层级的，所以构成了hierarchy。task：进程(process)在cgroups中称为task，taskid就是pid。subsystem：cgroups支持的所有可配置的资源称为subsystem。例如cpu是一种subsystem，memory也是一种subsystem。linux内核在演进过程中subsystem是不断增加的。libcgroup：一个开源软件，提供了一组支持cgroups的应用程序和库，方便用户配置和使用cgroups。目前许多发行版都附带这个软件。
事实上，使用cgroups是非常简单的，几行shell命令就可以。下面以CPU子系统为例，来尝试控制一个进程的CPU利用率。
挂载cgroup文件系统
首先挂载cgroup文件系统：
# mkdir -p /cgroup/mave
# mount -t cgroup -o cpu mave /cgroup/mave
# cat /proc/mounts
...
mave /cgroup/mave cgroup rw,relatime,cpu 0 0
上面的命令挂载了一个cpu子系统，目录为/cgroup/mave，名字叫mave。cpu子系统用于控制进程的cpu总体占用率，是最常用的子系统。内核会根据配额的设置在调度进程上做出相应的调整。
观察/cgroup/mave目录：
# ls /cgroup/mave
cgroup.event_control
cpu.cfs_period_us
cpu.rt_period_us
cpu.shares
notify_on_release
cgroup.procs
cpu.cfs_quota_us
cpu.rt_runtime_us
cpu.stat
release_agent
tasks
这些文件是自动创建出来的，且都跟cpu这个子系统有关。不同的子系统会创建出不同的文件。我们重点关注：
- cpu.cfs_period_us
- cpu.cfs_quota_us
- tasks
tasks※
这个文件里面可以写入一个或多个taskid(pid)，/cgroup/mave这个组中的配额设置将影响这些task。
cpu.cfs_period_us※
# cat /cgroup/mave/cpu.cfs_period_us
100000
表示将cpu时间片分成100000份。
cpu.cfs_quota_us※
# cat /cgroup/mave/cpu.cfs_period_us
200000
表示当前这个组中的task(/cgroup/mave/tasks中的taskid)将分配多少比例的cpu时间片。由于是双核cpu，这里就表示最多可以用到200%的CPU。
创建一个控制组
尽管根目录(/cgroup/mave)也可以设置配额，但是习惯上，我们在这个目录下创建一个目录，作为一个控制组，这个控制组可以单独设置配额，而不影响其他控制组：
# mkdir /cgroup/mave/steam
# ls /cgroup/mave/steam
cgroup.event_control
cpu.cfs_period_us
cpu.rt_period_us
cpu.shares
notify_on_release
cgroup.procs
cpu.cfs_quota_us
cpu.rt_runtime_us
cpu.stat
tasks
可以看到，创建的steam目录下也会自动创建出一堆cpu子系统相关的文件，几乎和根目录(/cgroup/mave)完全一样。现在我们再来理解一下什么是hierarchy：
hierarchy.png
hierarchy就是一个带有继承关系的目录层次，每一层形成一个控制组，单独控制其中的task。
一个文件系统可以同时挂载多种子系统
手动设置配额
采集器进程在不受限制的情况下全速采集，CPU占用率达到50%：
eoic1.png
将5000写入cpu.cfs_quota_us，表示希望CPU占用率控制在(5000/100000=5%)以内：
# echo 5000 > /cgroup/mave/steam/cpu.cfs_quota_us
然后将进程号30126写入tasks：
# echo 30126 >> /cgroup/mave/steam/tasks
观察cpu占用率，瞬间降到4%。
eoic2.png
自动设置
可以看到，使用cgroups十分简单，效果很好。然而，进程id并不是每次都保持不变。我们需要一些自动化的机制。上文提到过libcgroup，这个库提供了挂载、配置和运行的程序和库。
附：cgroups中的子系统
- blkio 设置限制每个块设备的输入输出控制。例如:磁盘，光盘以及usb等等。
- cpu 使用调度程序为cgroup任务提供cpu的访问。
- cpuacct 产生cgroup任务的cpu资源报告。
- cpuset 如果是多核心的cpu，这个子系统会为cgroup任务分配单独的cpu和内存。
- devices 允许或拒绝cgroup任务对设备的访问。
- freezer 暂停和恢复cgroup任务。
- memory 设置每个cgroup的内存限制以及产生内存资源报告。
- net_cls 标记每个网络包以供cgroup方便使用。
- ns 名称空间子系统。
- perf_event 增加了对每group的监测跟踪的能力，即可以监测属于某个特定的group的所有线程以及运行在特定CPU上的线程，此功能对于监测整个group非常有用。
