CGroups
Grundlegende Informationen
Linux Control Groups oder cgroups sind eine Funktion des Linux-Kernels, die die Zuweisung, Begrenzung und Priorisierung von Systemressourcen wie CPU, Speicher und Festplatten-E/A unter Prozessgruppen ermöglicht. Sie bieten einen Mechanismus zum Verwalten und Isolieren der Ressourcennutzung von Prozesssammlungen, der für Zwecke wie Ressourcenbegrenzung, Arbeitslastisolierung und Ressourcenpriorisierung zwischen verschiedenen Prozessgruppen vorteilhaft ist.
Es gibt zwei Versionen von cgroups: Version 1 und Version 2. Beide können gleichzeitig auf einem System verwendet werden. Der Hauptunterschied besteht darin, dass cgroups Version 2 eine hierarchische, baumartige Struktur einführt, die eine nuanciertere und detailliertere Ressourcenverteilung zwischen Prozessgruppen ermöglicht. Darüber hinaus bringt Version 2 verschiedene Verbesserungen mit sich, darunter:
Neben der neuen hierarchischen Organisation hat cgroups Version 2 auch mehrere andere Änderungen und Verbesserungen eingeführt, wie die Unterstützung für neue Ressourcencontroller, eine bessere Unterstützung für Legacy-Anwendungen und verbesserte Leistung.
Insgesamt bietet cgroups Version 2 mehr Funktionen und bessere Leistung als Version 1, aber letztere kann in bestimmten Szenarien verwendet werden, in denen die Kompatibilität mit älteren Systemen eine Rolle spielt.
Sie können die v1- und v2-cgroups für jeden Prozess auflisten, indem Sie seine cgroup-Datei in /proc/<pid> betrachten. Sie können damit beginnen, die cgroups Ihrer Shell mit diesem Befehl anzuzeigen:
Die Ausgabestruktur ist wie folgt:
Nummern 2–12: cgroups v1, wobei jede Zeile einen anderen cgroup darstellt. Die Controller für diese sind neben der Nummer angegeben.
Nummer 1: Auch cgroups v1, jedoch ausschließlich für Verwaltungszwecke (festgelegt z.B. von systemd) und ohne Controller.
Nummer 0: Stellt cgroups v2 dar. Es werden keine Controller aufgelistet, und diese Zeile ist exklusiv für Systeme, die nur cgroups v2 ausführen.
Die Namen sind hierarchisch, ähneln Dateipfaden und zeigen die Struktur und Beziehung zwischen verschiedenen cgroups an.
Namen wie /user.slice oder /system.slice geben die Kategorisierung von cgroups an, wobei user.slice typischerweise für von systemd verwaltete Anmeldesitzungen und system.slice für Systemdienste steht.
Anzeigen von cgroups
Das Dateisystem wird typischerweise zur Zugriff auf cgroups verwendet, was sich von der Unix-Systemaufrufschnittstelle unterscheidet, die traditionell für Kernelinteraktionen verwendet wird. Um die cgroup-Konfiguration einer Shell zu untersuchen, sollte man die Datei /proc/self/cgroup überprüfen, die die cgroup der Shell offenbart. Anschließend kann man durch Navigieren zum Verzeichnis /sys/fs/cgroup (oder /sys/fs/cgroup/unified) und das Auffinden eines Verzeichnisses mit dem Namen der cgroup verschiedene Einstellungen und Ressourcennutzungsinformationen, die für die cgroup relevant sind, beobachten.
Die Schlüsselschnittstellen-Dateien für cgroups sind mit cgroup vorangestellt. Die Datei cgroup.procs, die mit Standardbefehlen wie cat angezeigt werden kann, listet die Prozesse innerhalb der cgroup auf. Eine weitere Datei, cgroup.threads, enthält Thread-Informationen.
Cgroups, die Shells verwalten, umfassen in der Regel zwei Controller, die die Speichernutzung und die Prozessanzahl regulieren. Um mit einem Controller zu interagieren, sollten Dateien mit dem Präfix des Controllers konsultiert werden. Beispielsweise würde auf pids.current verwiesen, um die Anzahl der Threads in der cgroup festzustellen.
Die Angabe von max in einem Wert deutet auf das Fehlen einer spezifischen Grenze für die cgroup hin. Aufgrund der hierarchischen Struktur von cgroups könnten jedoch Grenzen von einer cgroup auf einer niedrigeren Ebene im Verzeichnishierarchie auferlegt werden.
Manipulation und Erstellung von cgroups
Prozesse werden cgroups zugewiesen, indem ihre Prozess-ID (PID) in die Datei cgroup.procs geschrieben wird. Dies erfordert Root-Berechtigungen. Zum Beispiel, um einen Prozess hinzuzufügen:
Ebenso wird das Ändern von cgroup-Attributen, wie das Festlegen eines PID-Limits, durch Schreiben des gewünschten Werts in die entsprechende Datei durchgeführt. Um ein Maximum von 3.000 PIDs für eine cgroup festzulegen:
Erstellen neuer cgroups beinhaltet das Erstellen eines neuen Unterverzeichnisses innerhalb der cgroup-Hierarchie, was den Kernel dazu veranlasst, die erforderlichen Schnittstellen-Dateien automatisch zu generieren. Obwohl cgroups ohne aktive Prozesse mit rmdir entfernt werden können, sollten bestimmte Einschränkungen beachtet werden:
Prozesse können nur in Blattcgroups platziert werden (d. h. die am meisten verschachtelten in einer Hierarchie).
Eine cgroup kann keinen Controller besitzen, der in seinem Elternteil fehlt.
Controller für Kindcgroups müssen explizit im
cgroup.subtree_controlDatei deklariert werden. Zum Beispiel, um CPU- und PID-Controller in einer Kindcgroup zu aktivieren:
Der Root-Cgroup ist eine Ausnahme von diesen Regeln und ermöglicht eine direkte Prozessplatzierung. Dies kann verwendet werden, um Prozesse aus dem systemd-Management zu entfernen.
Die Überwachung der CPU-Auslastung innerhalb einer cgroup ist durch die Datei cpu.stat möglich, die die insgesamt verbrauchte CPU-Zeit anzeigt und hilfreich ist, um die Nutzung über die Unterprozesse eines Dienstes zu verfolgen:
Referenzen
Buch: How Linux Works, 3. Auflage: Was jeder Superuser wissen sollte von Brian Ward
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