Cgroup与LXC简介
一、Docker、LXC、Cgroup的结构关系
根据Docker布道师Jerome Petazzoni的说法，Docker约等于LXC+AUFS（之前只支持ubuntu时）(作者2015-10-22更新：Docker0.9.0版本开始引入libcontainer，可以视作LXC的替代品)。其中LXC负责资源管理，AUFS负责镜像管理；而LXC包括cgroup、namespace、chroot等组件，并通过cgroup进行资源管理。所以只从资源管理这条线来看的话，Docker、LXC、Cgroup三者的关系是：Cgroup在最底层落实资源管理，LXC在cgroup上封装了一层，Docker又在LXC封装了一层，关系图如图1（b）所示。因此，要想玩转Docker，有必要了解负责资源管理的CGroup和LXC。
(a) (b)
图1 Docker-LXC-CGroup结构图
二、Cgroup
1、Cgroup基本概念
1）Cgroup是什么
Cgroups是control groups的缩写，是Linux内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组（process groups）所使用的物理资源（如：CPU, Memory, IO等）的机制。最初由Google的工程师提出，后来被整合进Linux内核。Cgroups也是LXC为实现虚拟化所使用的资源管理手段，可以说没有Cgroups就没有LXC，也就没有Docker。
Cgroups最初的目标是为资源管理提供的一个统一的框架，既整合现有的Cpuset等子系统，也为未来开发新的子系统提供接口。现在的Cgroups适用于多种应用场景，从单个进程的资源控制，到实现操作系统层次的虚拟化（OS Level Virtualization）。Cgroups提供以下功能：
a)限制进程组可以使用的资源数量（Resource limiting ）。比如：Memory子系统可以为进程组设定一个Memory使用上限，一旦进程组使用的内存达到限额再申请内存，就会出发OOM（out of memory）。
b)进程组的优先级控制（Prioritization）。比如：可以使用CPU子系统为某个进程组分配特定CPUshare。
c)进程组隔离（Isolation）。比如：使用ns子系统可以使不同的进程组使用不同的namespace，以达到隔离的目的，不同的进程组有各自的进程、网络、文件系统挂载空间。
d)记录进程组使用的资源数量（Accounting）。比如：可以使用Cpuacct子系统记录某个进程组使用的CPU时间
e)进程组控制（Control）。比如：使用freezer子系统可以将进程组挂起和恢复。
2）Cgroup基本概念与术语
任务（task）
在Cgroups中，任务就是系统的一个进程。
控制族群（control group）
控制族群就是一组按照某种标准划分的进程，控制族群通常按照应用划分，即与某应用相关的一组进程，被划分为一个进程组，即控制族群（control group）。Cgroups中的资源控制都是以控制族群为单位实现。一个进程可以加入到某个控制族群，也可以从一个进程组迁移到另一个控制族群。一个进程组的进程可以使用Cgroups以控制族群为单位分配的资源，同时受到Cgroups以控制族群为单位设定的限制。
层级（hierarchy）
控制族群可以组织成hierarchical的形式，既一颗控制族群树。控制族群树上的子节点控制族群是父节点控制族群的孩子，继承父控制族群的特定的属性。控制族群树的示意图如图2所示。
图2 控制族群树结构示意图
子系统（subsystem）
一个子系统就是一个资源控制器，比如CPU子系统就是控制CPU时间分配的一个控制器。子系统必须附加（attach）到一个层级上才能起作用，一个子系统附加到某个层级以后，这个层级上的所有控制族群都受到这个子系统的控制。
3）Cgroup子系统介绍
a)blkio -- 这个子系统为块设备设定输入/输出限制，比如物理设备（磁盘，固态硬盘，USB等等）。
b)cpu -- 这个子系统使用调度程序提供对CPU 的 Cgroup 任务访问。
c)cpuacct -- 这个子系统自动生成Cgroup中任务所使用的 CPU 报告。
d)cpuset-- 这个子系统为 Cgroup中的任务分配独立CPU（在多核系统）和内存节点。
e)devices -- 这个子系统可允许或者拒绝Cgroup中的任务访问设备。
f)freezer -- 这个子系统挂起或者恢复Cgroup中的任务。
g)memory -- 这个子系统设定Cgroup中任务使用的内存限制，并自动生成由那些任务使用的内存资源报告。
h)net_cls -- 这个子系统使用等级识别符（classid）标记网络数据包，可允许Linux 流量控制程序（tc）识别从具体cgroup 中生成的数据包。
i)ns -- 名称空间子系统。
Cgroup具有不同的挂载方法——“多挂载点”和“单挂载点”。子系统“多挂载点”挂载就是指不同子系统的文件挂载在不同的目录下，每个子系统各有一个挂载点，目录结构如图3（a）所示。cgroup对应服务cgconfig默认使用的就是“多挂载点”的方法。“单挂载点”则是指所有子系统的文件都挂载在同一个目录下，所有子系统都统一挂载在一个挂载点，目录结构如图3（b）所示。
图3（a）cgroup多挂载点目录结构示意图
图3（b）cgroup单挂载点目录结构示意图
2、Cgroup安装配置
1）Cgroup安装
安装Cgroups需要libcap-devel和libcgroup两个相关的包，CentOS上可以通过yum的方式下载安装，具体的命令为：
| yum install gcc, libcap-devel,libcgroup, bridge-utils |
2）Cgroup挂载配置
Cgroup对应服务名称为cgconfig，cgconfig默认采用“多挂载点”挂载。经过实际测试，发现在CentOS环境中应采用“单挂载点”进行挂载，因此应当卸载原有cgroup文件系统，并禁用cgconfig。
| cgclear或者sudo service cgconfig stop # 停止cgconfig，卸载cgroup目录 sudo chkconfig cgconfig off # 禁用cgconfig服务，避免其开机启动 |
然后采用“单挂载点”方式重新挂载cgroup。
可以直接手动挂载，这样仅当次挂载成功。
| mount -t cgroup none /cgroup |
然后编辑/etc/fstab/，输入下列内容。这样每次开机后都会自动挂载。
| none /cgroup cgroup defaults 0 0 |
3）常用的Cgroup相关命令和配置文件
| service cgconfig status|start|stop|restart #查看已存在子系统 lssubsys –am #查看已存在子系统 cgclear # 清除所有挂载点内部文件，相当于service cgconfig stop cgconfigparser -l /etc/cgconfig.conf #重新挂载 Cgroup默认挂载点（CentOS）：/cgroup cgconfig配置文件：/etc/cgconfig.conf |
4）libcgroup Man Page简介
| man 1 cgclassify -- cgclassify命令是用来将运行的任务移动到一个或者多个cgroup。 man 1 cgclear -- cgclear 命令是用来删除层级中的所有cgroup。 man 5 cgconfig.conf -- 在cgconfig.conf文件中定义cgroup。 man 8 cgconfigparser -- cgconfigparser命令解析cgconfig.conf文件和并挂载层级。 man 1 cgcreate -- cgcreate在层级中创建新cgroup。 man 1 cgdelete -- cgdelete命令删除指定的cgroup。 man 1 cgexec -- cgexec命令在指定的cgroup中运行任务。 man 1 cgget -- cgget命令显示cgroup参数。 man 5 cgred.conf -- cgred.conf是cgred服务的配置文件。 man 5 cgrules.conf -- cgrules.conf 包含用来决定何时任务术语某些 cgroup的规则。 man 8 cgrulesengd -- cgrulesengd 在 cgroup 中发布任务。 man 1 cgset -- cgset 命令为 cgroup 设定参数。 man 1 lscgroup -- lscgroup 命令列出层级中的 cgroup。 man 1 lssubsys -- lssubsys 命令列出包含指定子系统的层级。 |
三、Linux Container（LXC）
1、LXC基本概念
1）LXC是什么
LinuxContainer容器可以提供轻量级的虚拟化，以便隔离进程和资源，而且不需要提供指令解释机制以及全虚拟化的其他复杂性。容器有效地将由单个操作系统管理的资源划分到孤立的组中，以更好地在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求。
LXC建立在CGroup基础上，我们可以粗略的认为LXC = Cgroup+ namespace + Chroot + veth +用户态控制脚本。LXC利用内核的新特性(CGroup)来提供用户空间的对象，用来保证资源的隔离和对于应用或者系统的资源控制。
根据LXC官网（http://linuxcontainers.org/）的描述，LXC具有以下特性：
| Current LXC uses the following kernel features to contain processes: Kernel namespaces (ipc, uts, mount, pid, network and user) Apparmor and SELinux profiles Seccomp policies Chroots (using pivot_root) Kernel capabilities Control groups (cgroups) |
1）LXC的优势
与虚拟化相比，它的优势在于：
a)不需要指令级模拟；
b)不需要即时(Just-in-time)编译；
c)容器可以在CPU核心的本地运行指令，而不需要任何专门的解释机制；
d)避免了准虚拟化和系统调用替换中的复杂性。
总结来说，就是LXC更加轻量级，具有更小的性能开销、更快的相应时间。
2、LXC安装与使用
1）LXC安装
从sourceforge.net/projects/lxc/files/lxc下载lxc源码
解压后进入目录，执行以下命令：
| ./configure make sudo make install |
2）LXC常用命令
参考：http://www.cnblogs.com/lisperl/archive/2012/04/13/2446179.html
| lxc-checkconfig # 查看内核支持 lxc-create -n name -f config lxc-start -n name -f config cmd lxc-execute -n name -f config cmd # 备注：lxc-start只启动一个进程，即cmd；lxc-execute 启动两个进程，lxc-init和cmd lxc-kill -n name #给SIGNUM信号 lxc-stop -n name # 停止lxc内所有进程 lxc-destroy -n name # 销毁进程 lxc-cgroup -n name subsys value # 控制资源，例如 lxc-cgroup -n name cpuset.cpus “0,3” |
3）资源控制
| Cores lxc.cgroup.cpuset.cpus=1,2,3 CPU share lxc.cgroup.cpu.shares=1024 # default Memory usage (!Debian) lxc.cgroup.memory.limit_in_bytes = 256M lxc.cgroup.memory.memsw.limit_in_bytes = 1G Disk (blkio) Disk space – standard LVM, quota... echo 100 > /cgroup/disk1/blkio.weight # XXX < 1000 ! echo "3:0 1048576" >/cgroup/disk1/blkio.throttle.read_bps_device lxc.cgroup.blkio.weight = 100 |
4）配置文件样例
| lxc.utsname = host_name lxc.tty = 1 lxc.network.type = veth lxc.network.flags = up lxc.network.link = br0 lxc.network.ipv4 = 192.168.120.105/16 lxc.network.name = eth0 #lxc.mount = ./fstab #lxc.rootfs = /rootfs lxc.cgroup.cpuset.cpus = 0 lxc.cgroup.cpu.shares = 80 |
5）使用中的一些小问题
| lxc-ls #列出所有lxc，但是在centos下时常不好用。备注：lxc-create之后，lxc-ls才能看到。但是只lxc-create，而不execute，则并未实际启动congtainer，相应cgroup并未实际挂载。 lxc-ps # 列出指定container内的所有进程。备注：lxc-ps –n name或者lxc-ps –n name -- -ef |