Cgroups

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cgroups (別名 control groups) は特定のプロセス (プロセスグループ) のリソースの使用量を制限・監視する Linux カーネルの機能です。'nice' コマンドや /etc/security/limits.conf などの他の方法と比べて、cgroups は柔軟性が優れています。

Control groups には使い方が複数存在します:

• cgroup ファイルシステムを直接操作する。
• cgm クライアントを使用する (cgmanager パッケージに入っています)。
• (libcgroup^AUR パッケージに含まれている) cgcreate, cgexec, cgclassify などのツールを使ってグループを作成・管理する。
• 特定のユーザーやグループ、コマンドを自動的にグループに移動する"ルールエンジンデーモン" (/etc/cgrules.conf と /usr/lib/systemd/system/cgconfig.service)。
• Linux Containers (LXC) 仮想化、playpen^{[リンク切れ: パッケージが存在しません]} や systemd などのツールで使う。

残念ながら"ハウツー"方式の簡単なドキュメントが存在しないため、Cgroups 機能はあまり評価を受けていません。この記事ではその穴を埋める説明を行います。

インストール

以下のパッケージをインストールしてください:

• libcgroup^AUR - スタンドアロンツール (cgcreate, cgclassify, cgconfig.conf による永続設定) が含まれています。
• cgmanager - デーモン (cgmanager) を使って cgroups を管理するシンプルなクライアント (cgm)。
• systemd - systemd サービスのリソースを制御します。

cgmanager パッケージをインストールしたら cgmanager.service を起動することで cgm クライアントが使えるようになります。

Systemd でリソースグループを管理する

systemd を使って cgconfig サービスを有効にすることができます:

# systemctl enable cgconfig.service

以下のコマンドを使えば cgconfig.conf ファイルにエラーがないか簡単に調べることができます:

$ systemctl status cgconfig.service

シンプルな使い方

手動で使用する

次のセクションで説明している cgm を使う方法の代わりに、このセクションでは手動でメモリ使用量を制限する方法を説明します。

groupname という名前の新しい cgroup を作成:

# mkdir /sys/fs/cgroup/memory/groupname

最大メモリ使用制限を 100MB に設定:

# echo 100000000 > /sys/fs/cgroup/memory/groupname/memory.limit_in_bytes

プロセスを cgroup に移動 (一度に指定できる PID はひとつだけで、複数指定することはできません):

# echo pid > /sys/fs/cgroup/memory/groupname/cgroup.procs

一時的なグループ

cgroups を使って即座に"一時的な"グループを作成することができます。実際に、通常ユーザーにカスタムグループを作成する権限を与えることも可能です。次のコマンドを root で実行してください (user はあなたのユーザー名に、groupname は cgroup に付けたい名前に置き換えてください):

# cgcreate -a user -t user -g memory,cpu:groupname

もしくは cgmanager を使用 (ユーザー ID `1000` とシステムグループ root (GID 0) は適当な値に置き換えてください):

# cgm create memory groupname
# cgm chown memory groupname 1000 0
# cgm create cpu groupname
# cgm chown cpu groupname 1000 0
# chown user /sys/fs/cgroup/{memory,cpu}/groupname/*

ユーザーによってグループ groupname の全ての設定を書き換えることができます:

$ ls -l /sys/fs/cgroup/memory/groupname
total 0
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 cgroup.event_control
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 cgroup.procs
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 cpu.rt_period_us
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 cpu.rt_runtime_us
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 cpu.shares
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 notify_on_release
-rwxrwxr-x 1 user root 0 Sep 25 00:39 tasks

Cgroups は階層式なので、好きなだけサブグループを作成することができます。例えば、通常ユーザーとして、bash シェルを新しいサブグループ 'foo' 下で動作させたい場合:

$ cgcreate -g memory,cpu:groupname/foo
$ cgexec -g memory,cpu:groupname/foo bash

同じことを cgmanager で設定するには:

$ cgm create memory groupname/foo
$ cgm create cpu groupname/foo
$ bash
$ cgm movepid memory groupname/foo $pid_of_bash
$ cgm movepid cpu groupname/foo $pid_of_bash

さあ、確認してみましょう:

$ cat /proc/self/cgroup
11:memory:/groupname/foo
6:cpu:/groupname/foo

このグループの新しいサブディレクトリが作成されています。このグループ内の全てのプロセスのメモリ使用量を 10 MB に制限するには、次を実行します:

$ echo 10000000 > /sys/fs/cgroup/memory/groupname/foo/memory.limit_in_bytes

cgmanager を使用する場合:

$ cgm setvalue memory groupname/foo memory.limit_in_bytes 10000000

メモリ制限は RAM の使用にしか適用されないので注意してください -- タスクが制限に達すると、スワップを始めます。しかしながら他のプロセスのパフォーマンスにはあまり影響を与えません。

同じようにこのグループの CPU 優先度 ("shares") を変更することもできます。デフォルトでは全てのグループは 1024 shares になっています。100 shares のグループは CPU 時間の ~10% だけを使うようになります:

$ echo 100 > /sys/fs/cgroup/cpu/groupname/foo/cpu.shares

cgroup ディレクトリを表示することで他の設定や統計を見ることができます。

また、既に実行中のプロセスの cgroup を変更することも可能です。全ての 'bash' コマンドをこのグループに移動するには:

$ pidof bash
13244 13266
$ cgclassify -g memory,cpu:groupname/foo `pidof bash`
$ cat /proc/13244/cgroup
11:memory:/groupname/foo
6:cpu:/groupname/foo

永続的なグループ設定

ノート: systemd 205 以上を使って cgroups を管理する場合、このファイルは完全に無視することができます。

起動時に cgroup が作成されるようにしたい場合、代わりに /etc/cgconfig.conf でグループを定義することができます。例えば、"groupname" に制限を管理しタスクを追加する $USER のパーミッションとグループ $GROUP の users を定義します。サブグループの "groupname/foo" グループの定義は以下のようになります。

/etc/cgconfig.conf 

group groupname {
  perm {
# who can manage limits
    admin {
      uid = $USER;
      gid = $GROUP;
    }
# who can add tasks to this group
    task {
      uid = $USER;
      gid = $GROUP;
    }
  }
# create this group in cpu and memory controllers
  cpu { }
  memory { }
}

group groupname/foo {
  cpu {
    cpu.shares = 100;
  }
  memory {
    memory.limit_in_bytes = 10000000;
  }
}

ノート:

• コメントは行の初めに置いて下さい。そうしないと、cgconfigparser が解析するときに問題が発生しますが、cgconfig を Systemd で起動しない限り、エラーとしては cgroup change of group failed しか報告されません。
• permissions セクションは任意です。
• /sys/fs/cgroup/ ディレクトリ階層には controllers サブディレクトリが全て含まれ、起動時に仮想ファイルシステムとして作成・マウントされます。$CONTROLLER-NAME { } コマンドを使って新しいグループエントリを作成することが可能です。何らかの理由で他の場所に階層を作成・マウントしたいときは、/etc/cgconfig.conf に以下のようにふたつ目のエントリを書く必要があります:

mount {    
   cpuset = /your/path/groupname;
}

これは以下のシェルコマンドと同等です:

# mkdir /your/path/groupname
# mount -t /your/path -o cpuset groupname /your/path/groupname

活用例

Matlab

Matlab にはマシンのメモリや CPU が全て使われるのに対するプロテクトがありません。膨大な計算を始めてしまうとシステムが使えなくなる可能性があります。以下はそれを防止するために /etc/cgconfig.conf に配置するファイルです ($USER はあなたのユーザー名に置き換えてください):

/etc/cgconfig.conf 

# Prevent Matlab from taking all memory
group matlab {
    perm {
        admin {
            uid = $USER;
        }
        task {
            uid = $USER;
        }
    }

    cpuset {
        cpuset.mems="0";
        cpuset.cpus="0-5";
    }
    memory {
# 5 GiB limit
        memory.limit_in_bytes = 5368709120;
    }
}

ノート: $USER を実際に Matlab を動かすユーザーの名前に変えるのを忘れないで下さい。

この cgroup は Matlab が使えるコアをコア0から5までに (Matlab には6つのコアだけが認識されます) そしてメモリの使用量を 5 GiB に制限します。"cpu" リソースの強制を使って CPU 使用量の制限も定義することが可能ですが、"cpuset" で十分だと思われます。

matlab を次のようにして起動します:

$ cgexec -g memory,cpuset:matlab /opt/MATLAB/2012b/bin/matlab -desktop

正しい実行可能ファイルのパスを使って下さい。

ドキュメント

• コントローラーや特定のスイッチ・オプションに関する情報はカーネルのドキュメント (v1 と v2) を参照してください (または linux-docs をインストールして /usr/src/linux/Documentation/cgroup を見て下さい)。
• 詳細かつ完全なリソース管理ガイドが fedora プロジェクトのドキュメント にあります。

コマンドや設定ファイルについては、man cgcreate や man cgrules.conf などの該当する man ページを見て下さい。