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Linux內(nèi)核是一名了不起的馬戲表演者，它在進(jìn)程和系統(tǒng)資源間小心地玩著雜耍，并保持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 同時(shí)，內(nèi)核也很公正：它將資源公平地分配給各個(gè)進(jìn)程。
但是，如果你需要給一個(gè)重要進(jìn)程提高優(yōu)先級(jí)時(shí)，該怎么做呢? 或者是，如何降低一個(gè)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)? 又或者，如何限制一組進(jìn)程所使用的資源呢?
答案是需要由用戶來為內(nèi)核指定進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)
大部分進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)的優(yōu)先級(jí)是相同的，因此Linux內(nèi)核會(huì)公平地進(jìn)行調(diào)度。 如果想讓一個(gè)CPU密集型的進(jìn)程運(yùn)行在較低優(yōu)先級(jí)，那么你就得事先配置好調(diào)度器。
下面介紹3種控制進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間的方法：
使用 nice 命令手動(dòng)降低任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。
使用 cpulimit 命令不斷的暫停進(jìn)程，以控制進(jìn)程所占用處理能力不超過特定限制。
使用linux內(nèi)建的control groups(控制組)功能，它提供了限制進(jìn)程資源消耗的機(jī)制。
我們來看一下這3個(gè)工具的工作原理和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
模擬高cpu占用率
在分析這3種技術(shù)前，我們要先安裝一個(gè)工具來模擬高CPU占用率的場(chǎng)景。我們會(huì)用到CentOS作為測(cè)試系統(tǒng)，并使用Mathomatic toolkit中的質(zhì)數(shù)生成器來模擬CPU負(fù)載。
很不幸，在CentOS上這個(gè)工具沒有預(yù)編譯好的版本，所以必須要從源碼進(jìn)行安裝。先從 http://mathomatic.orgserve.de/mathomatic-16.0.5.tar.bz2 這個(gè)鏈接下載源碼包并解壓。然后進(jìn)入 mathomatic-16.0.5/primes 文件夾，運(yùn)行 make 和 sudo make install 進(jìn)行編譯和安裝。這樣，就把 matho-primes 程序安裝到了 /usr/local/bin 目錄中。
接下來，通過命令行運(yùn)行：
代碼如下:
/usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
程序運(yùn)行后，將輸出從0到9999999999之間的質(zhì)數(shù)。因?yàn)槲覀儾⒉恍枰@些輸出結(jié)果，直接將輸出重定向到/dev/null就好。
現(xiàn)在，使用top命令就可以看到matho-primes進(jìn)程榨干了你所有的cpu資源。
好了，接下來(按q鍵)退出 top 并殺掉 matho-primes 進(jìn)程(使用 fg 命令將進(jìn)程切換到前臺(tái)，再按 CTRL+C)
nice命令
下面介紹一下nice命令的使用方法，nice命令可以修改進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，這樣就可以讓進(jìn)程運(yùn)行得不那么頻繁。 這個(gè)功能在運(yùn)行cpu密集型的后臺(tái)進(jìn)程或批處理作業(yè)時(shí)尤為有用。 nice值的取值范圍是[-20,19],-20表示最高優(yōu)先級(jí)，而19表示最低優(yōu)先級(jí)。 Linux進(jìn)程的默認(rèn)nice值為0。使用nice命令(不帶任何參數(shù)時(shí))可以將進(jìn)程的nice值設(shè)置為10。這樣調(diào)度器就會(huì)將此進(jìn)程視為較低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，從而減少cpu資源的分配。
下面來看一個(gè)例子，我們同時(shí)運(yùn)行兩個(gè) matho-primes 進(jìn)程，一個(gè)使用nice命令來啟動(dòng)運(yùn)行，而另一個(gè)正常啟動(dòng)運(yùn)行：
代碼如下:
nice matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
再運(yùn)行top命令。
看到?jīng)]，正常運(yùn)行的進(jìn)程(nice值為0)獲得了更多的cpu運(yùn)行時(shí)間，相反的，用nice命令運(yùn)行的進(jìn)程占用的cpu時(shí)間會(huì)較少(nice值為10)。
在實(shí)際使用中，如果你要運(yùn)行一個(gè)CPU密集型的程序，那么最好用nice命令來啟動(dòng)它，這樣就可以保證其他進(jìn)程獲得更高的優(yōu)先級(jí)。 也就是說，即使你的服務(wù)器或者臺(tái)式機(jī)在重載的情況下，也可以快速響應(yīng)。
nice 還有一個(gè)關(guān)聯(lián)命令叫做 renice，它可以在運(yùn)行時(shí)調(diào)整進(jìn)程的 nice 值。使用 renice 命令時(shí)，要先找出進(jìn)程的 PID。下面是一個(gè)例子：
代碼如下:
renice +10 1234
其中，1234是進(jìn)程的 PID。
測(cè)試完 nice 和 renice 命令后，記得要將 matho-primes 進(jìn)程全部殺掉。
cpulimit命令
接下來介紹 cpulimit 命令的用法。 cpulimit 命令的工作原理是為進(jìn)程預(yù)設(shè)一個(gè) cpu 占用率門限，并實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)程是否超出此門限，若超出則讓該進(jìn)程暫停運(yùn)行一段時(shí)間。cpulimit 使用 SIGSTOP 和 SIGCONT 這兩個(gè)信號(hào)來控制進(jìn)程。它不會(huì)修改進(jìn)程的 nice 值，而是通過監(jiān)控進(jìn)程的 cpu 占用率來做出動(dòng)態(tài)調(diào)整。
cpulimit 的優(yōu)勢(shì)是可以控制進(jìn)程的cpu使用率的上限值。但與 nice 相比也有缺點(diǎn)，那就是即使 cpu 是空閑的，進(jìn)程也不能完全使用整個(gè) cpu 資源。
在 CentOS 上，可以用下面的方法來安裝它：
代碼如下:
wget -O cpulimit.zip https://github.com/opsengine/cpulimit/archive/master.zip
unzip cpulimit.zip
cd cpulimit-master
make
sudo cp src/cpulimit /usr/bin
上面的命令行，會(huì)先從從 GitHub 上將源碼下載到本地，然后再解壓、編譯、并安裝到 /usr/bin 目錄下。
cpulimit 的使用方式和 nice 命令類似，但是需要用戶使用 -l 選項(xiàng)顯式地定義進(jìn)程的 cpu 使用率上限值。舉例說明：
代碼如下:
cpulimit -l 50 matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
從上面的例子可以看出 matho-primes 只使用了50%的 cpu 資源，剩余的 cpu 時(shí)間都在 idle。
cpulimit 還可以在運(yùn)行時(shí)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)限制，使用 -p 選項(xiàng)來指定進(jìn)程的 PID，下面是一個(gè)實(shí)例：
代碼如下:
cpulimit -l 50 -p 1234
其中，1234是進(jìn)程的 PID。
cgroups 命令集
最后介紹，功能最為強(qiáng)大的控制組(cgroups)的用法。cgroups 是 Linux 內(nèi)核提供的一種機(jī)制，利用它可以指定一組進(jìn)程的資源分配。 具體來說，使用 cgroups，用戶能夠限定一組進(jìn)程的 cpu 占用率、系統(tǒng)內(nèi)存消耗、網(wǎng)絡(luò)帶寬，以及這幾種資源的組合。
對(duì)比nice和cpulimit，cgroups 的優(yōu)勢(shì)在于它可以控制一組進(jìn)程，不像前者僅能控制單進(jìn)程。同時(shí)，nice 和 cpulimit 只能限制 cpu 使用率，而 cgroups 則可以限制其他進(jìn)程資源的使用。
對(duì) cgroups 善加利用就可以控制好整個(gè)子系統(tǒng)的資源消耗。就拿 CoreOS 作為例子，這是一個(gè)專為大規(guī)模服務(wù)器部署而設(shè)計(jì)的最簡(jiǎn)化的 Linux 發(fā)行版本，它的 upgrade 進(jìn)程就是使用 cgroups 來管控。這樣，系統(tǒng)在下載和安裝升級(jí)版本時(shí)也不會(huì)影響到系統(tǒng)的性能。
下面做一下演示，我們將創(chuàng)建兩個(gè)控制組(cgroups)，并對(duì)其分配不同的 cpu 資源。這兩個(gè)控制組分別命名為“cpulimited”和“lesscpulimited”。
使用 cgcreate 命令來創(chuàng)建控制組，如下所示：
代碼如下:
sudo cgcreate -g cpu:/cpulimited
sudo cgcreate -g cpu:/lesscpulimited
其中“-g cpu”選項(xiàng)用于設(shè)定 cpu 的使用上限。除 cpu 外，cgroups 還提供 cpuset、memory、blkio 等控制器。cpuset 控制器與 cpu 控制器的不同在于，cpu 控制器只能限制一個(gè) cpu 核的使用率，而 cpuset 可以控制多個(gè) cpu 核。
cpu 控制器中的 cpu.shares 屬性用于控制 cpu 使用率。它的默認(rèn)值是 1024，我們將 lesscpulimited 控制組的 cpu.shares 設(shè)為1024(默認(rèn)值)，而 cpulimited 設(shè)為512，配置后內(nèi)核就會(huì)按照2：1的比例為這兩個(gè)控制組分配資源。
要設(shè)置 cpulimited 組的 cpu.shares 為 512，輸入以下命令：
代碼如下:
sudo cgset -r cpu.shares=512 cpulimited
使用 cgexec 命令來啟動(dòng)控制組的運(yùn)行，為了測(cè)試這兩個(gè)控制組，我們先用cpulimited 控制組來啟動(dòng) matho-primes 進(jìn)程，命令行如下：
代碼如下:
sudo cgexec -g cpu:cpulimited /usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
打開 top 可以看到，matho-primes 進(jìn)程占用了所有的 cpu 資源。
因?yàn)橹挥幸粋€(gè)進(jìn)程在系統(tǒng)中運(yùn)行，不管將其放到哪個(gè)控制組中啟動(dòng)，它都會(huì)盡可能多的使用cpu資源。cpu 資源限制只有在兩個(gè)進(jìn)程爭(zhēng)奪cpu資源時(shí)才會(huì)生效。
那么，現(xiàn)在我們就啟動(dòng)第二個(gè) matho-primes 進(jìn)程，這一次我們?cè)?lesscpulimited 控制組中來啟動(dòng)它：
代碼如下:
sudo cgexec -g cpu:lesscpulimited /usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
再打開 top 就可以看到，cpu.shares 值大的控制組會(huì)得到更多的 cpu 運(yùn)行時(shí)間。
現(xiàn)在，我們?cè)僭?cpulimited 控制組中增加一個(gè) matho-primes 進(jìn)程：
代碼如下:
sudo cgexec -g cpu:cpulimited /usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
看到?jīng)]，兩個(gè)控制組的 cpu 的占用率比例仍然為2：1。其中，cpulimited 控制組中的兩個(gè) matho-primes 進(jìn)程獲得的cpu 時(shí)間基本相當(dāng)，而另一組中的 matho-primes 進(jìn)程顯然獲得了更多的運(yùn)行時(shí)間。
更多的使用方法，可以在 Red Hat 上查看詳細(xì)的 cgroups 使用說明。(當(dāng)然CentOS 7也有)
使用Scout來監(jiān)控cpu占用率
監(jiān)控cpu占用率最為簡(jiǎn)單的方法是什么?Scout 工具能夠監(jiān)控能夠自動(dòng)監(jiān)控進(jìn)程的cpu使用率和內(nèi)存使用情況。
Scout的觸發(fā)器(trigger)功能還可以設(shè)定 cpu 和內(nèi)存的使用門限，超出門限時(shí)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警。
從這里可以獲取 Scout 的試用版。
總結(jié)
計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源是非常寶貴的。上面介紹的這3個(gè)工具能夠幫助大家有效地管理系統(tǒng)資源，特別是cpu資源：
nice可以一次性調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。
cpulimit在運(yùn)行cpu密集型任務(wù)且要保持系統(tǒng)的響應(yīng)性時(shí)會(huì)很有用。
cgroups是資源管理的瑞士軍刀，同時(shí)在使用上也很靈活。
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