容器核心技術--CGroup
接上一個小節，我們來試想這樣一個場景：
一臺宿主機的容器中運行了一個監控服務，但監控服務佔用了宿主機全部的 CPU 和記憶體等資源，導致宿主機上的其他服務和容器都被卡死，無法正常執行。
監控類服務不應占用大量資源，無論是什麼原因引起的問題，都不應該影響宿主機的正常使用，否則容器的隔離就沒有意義。Namespace 只能做到系統資源維度的隔離，無法做到硬體資源的控制。我們需要使用一種機制 Cgroup，指定容器應用最大佔用多少資源。
Linux cgroups 的全稱是 Linux Control Groups，它是 Linux 核心的特性，主要作用是限制、記錄和隔離程序組（process groups）使用的物理資源（CPU、Memory、IO 等）。
1. CGroup 核心概念
前面說過 CGroup 是用來對程序進行資源管理的，因此 CGroup 需要考慮如何抽象這兩種概念：程序和資源，同時如何組織自己的結構。CGroup 機制中有以下幾個基本概念：
- task：任務，對應於系統中執行的一個實體，下文統稱程序；
- subsystem：子系統，具體的資源控制器（resource class 或者 resource controller），控制某個特定的資源使用；
- cgroup：控制組，一組任務和子系統的關聯關係，表示對這些任務進行怎樣的資源管理策略；
- hierarchy：層級樹，由一系列 CGroup 組成的樹形結構。每個節點都是一個 CGroup ，CGroup 可以有多個子節點，子節點預設會繼承父節點的屬性。系統中可以有多個 hierarchy。
Cgroup 機制非常複雜，上面的名詞瞭解就好，學習 Docker 暫時還不需要深入研究它。
在 Linux 環境中，我們可以執行 ls -al /sys/fs/cgroup/ 檢視當前系統的 Cgroup：
我們看到目錄中有若干個子目錄，除了 systemd 目錄，其他的一個子目錄對應一個子系統，子系統功能如下所示。
| 子系統 | 功能 |
|---|---|
| blkio | 為塊裝置，如硬碟等裝置，設定輸入輸出限制 |
| cpu | 設定 cgroup 中程序的 CPU 被排程的策略 |
| cpuacct | 統計 cgroup 中程序的 CPU 佔用 |
| cpuset | 設定 cgroup 中程序可以使用的 CPU 和記憶體 |
| devices | 控制 cgroup 中程序對裝置的訪問 |
| freezer | 掛起或者恢復 cgroup 中的程序 |
| hugetlb | 用於控制 cgroup 中程序的記憶體佔用，這是一個大頁檔案系統。 |
| memory | 控制 cgroup 中程序的記憶體佔用，並統計記憶體資源使用情況。 |
| net_cls | 將 cgroup 中程序產生的網路包分類，允許 Linux 流量控制系統識別從具體 cgroup 中生成的資料包。 |
| net_prio | 控制 cgroup 中程序的網路流量的優先順序 |
| perf_event | 識別任務的 cgroup 成員，可以用來做效能分析 |
| pids | 限制 cgroup 及其所有子孫 cgroup 裡面能建立的總的程序數量 |
| rdma | 限制 RDMA/IB 資源 |
3. 演示：使用 Cgroup 限制程序 CPU 資源佔用
在上面的表格中， 你會發現大量出現Cgroup 中的程序這個描述，原因在於我們必須先掛載子系統，將程序納入 Cgroup 組規則中，然後 Cgroup 機制才能控制這個程序。
我們馬上上手嘗試一下，先安裝stress
sudo dnf install https://download-ib01.fedoraproject.org/pub/epel/7/x86_64/Packages/s/stress-1.0.4-16
.el7.x86_64.rpm
Tips：我們使用stress 的軟體進行壓力負載測試，stress 會根據設定，執行一系列消耗系統資源的操作，使得系統在一定的負載下執行。
啟動一個壓力負載測試的程序：
# 產生 1個程序，每個程序都反覆不停地計算隨機數的平方根
stress -c 1 > /dev/null &
使用top 命令檢視資源佔用情況
圖中兩個紅框從左到右分別代表壓力測試的程序號是 1816，CPU 佔用百分比 99%，說明壓力測試程序正常生效了。
切換到 root 使用者：
sudo su - root
進入 /sys/fs/cgroup/cpu 這個目錄：
cd /sys/fs/cgroup/cpu
建立一個 Cgroup 組，即在當前目錄下建立一個子目錄：
mkdir testcpu
進入 testcpu 目錄：
cd testcpu
檢視 cpu.cfs_period_us 代表時間週期總長度：
cat cpu.cfs_period_us # 100000
將 cpu.cfs_quota_us 設為當前 cgroup 在設定的週期長度內所能使用的 CPU 時間 10000，即總週期100000的 10%：
echo 10000 > cpu.cfs_quota_us
將壓力測試的程序新增到 Cgroup 組的規則中，1816 是stress程序 id：
echo 1816 > tasks
top 檢視資源佔用，發現 stress 程序的 CPU 佔用率被壓到了 10%，說明 Cgroups 對於 CPU 的控制起了效果。
3. 思考
試想一下，我們將本節限制 CPU 資源的操作物件，從 stress 這個程式，改換成前一節的 container，就獲得了一個同時限制了硬體資源和系統資源的容器。
4. 小結
通過本節的介紹，我們對 Cgroup 有了直觀的認知。Cgroup 是個非常強大的系統，容器技術需要使用它進行資源的限制，但這不代表著 Cgroup 只能用於容器技術，比如在雲服務商的計費系統中，也有它的身影。
或許你會感覺這一節與上一節 Namespace 的內容有些生僻，別擔心，我們介紹 Namespace 和 CGroup 的目的不是去精通他們的底層原理和使用方法，而是要真正認識到：容器的本質就是一個特殊的程序。