【Linux】进程的隔离和控制：namespace 隔离、cgroup 控制

文章目录

五、namespace 隔离
- dd -- 读取、转换并输出数据
- mkfs -- 格式化文件系统
- df -- 显示文件系统磁盘使用情况
- mount -- 加载文件系统到指定的加载点
- unshare -- 创建子进程，同时与父程序不共享namespace
- 一个 demo
六、cgroup(Control Group) 相关命令
- pidstat -- 监控进程的 CPU、内存、线程、设备IO等系统资源的占用情况
- stress -- 压力测试工具
- 一些使用小 demo
- - 1. cgroups 信息查看
  - 2. 使用 cgroups 对内存进行控制
  - 3. 使用 cgroups 对 CPU 进行控制

五、namespace 隔离

dd – 读取、转换并输出数据

dd [选项] 可以从标准输入或文件中读取数据，根据指定的格式来转换数据，再输出到文件、设备或标准输出。

if=文件名 输入文件名，默认为标准输入。即指定源文件；
of=文件名 输出文件名，默认为标准输出。即指定目的文件；
ibs=bytes 一次读入 bytes 个字节，即指定一个块大小为 bytes个字节；
obs=bytes 一次输出 bytes 个字节，即指定一个块大小为 bytes 个字节；
bs=bytes 同时设置读入/输出的块大小为 bytes 个字节；
cbs=bytes 一次转换 bytes 个字节，即指定转换缓冲区大小；
skip=blocks 从输入文件开头跳过 blocks 个块后再开始复制；
oseek=blocks 从输出文件开头跳过 blocks 个块后再开始复制；
count=blocks 仅拷贝 blocks 个块，块大小等于 ibs 指定的字节数
conv=<关键字> 将文件进行转换，这里列举一部分

lcase 大写字符转小写
ucase 小写字符转大写
swap 交换输入的每对字节
noerror 出错时不停止
ascii 转换 ebcdic 为 ascii
ebcdic 转换 ascii 为 ebcdic
block 把每一行转换为长度为 cbs，不足部分用空格填充
unblock 使每一行的长度都为 cbs，不足部分用空格填充

mkfs – 格式化文件系统

mkfs [-V] [-t fstype] [fs-options] filesys [blocks] 用于在设备上创建Linux文件系统。

-t fstype：指定要建立何种文件系统，如 ext3、ext4…
filesys ：指定要创建的文件系统对应的设备文件名
blocks：指定文件系统的磁盘块数
-V：详细显示模式
fs-options：传递给具体的文件系统的参数

使用 dd 创建空白文件，再利用空白文件做 Linux 文件系统的创建是一个比较常用的方式。

df – 显示文件系统磁盘使用情况

df [OPTION] ... [FILE] ... 显示目前在 Linux 系统上的文件系统磁盘使用情况统计。
-a / --all 包含所有具有 0 Blocks 的文件系统
-h / --human-readable 使用人类可读的格式，显示 M 或 G 为单位而不是字节数
-H / --si 和 -h 相似，只是用 1000 作为单位而不是 1024
-t / --type=TYPE 限制列出文件系统的 TYPE
-T / --print-type 显示文件系统的格式

mount – 加载文件系统到指定的加载点

此命令常用于挂载光盘（win可以自动挂载到 E:，而 Linux 需要手动挂载哦）

mount -l ：显示已加载的文件系统列表
mount [-t vfstype] [-o options] device dir

-t：加载文件系统类型支持常见系统类型的 ext3, ext4, iso9660, tmpfs, xfs 等，大部分情况可以不指定，mount 可以自己识别；
-o options：主要来描述设备的挂接方式

loop 把一个文件当成硬盘分区挂接上系统
ro 用只读方式挂接设备
rw 用读写方式挂接设备
device：要挂接的设备（比如我们用 dd + mkfs 创建出来的文件系统）
dir：要挂接的目录

unshare – 创建子进程，同时与父程序不共享namespace

unshare [options] program [arguments]

-i / --ipc：不共享 IPC 空间（进程间通信）
-m / --mount：不共享 Mount 空间（文件系统）
-n / --net：不共享 Net 空间（网络）
-p / --pid：不共享 PID 空间（进程）
-u / --uts：不共享 UTS 空间（主机名/网络名）
-U / --user：不共享用户信息
-V / --version：不共享版本信息查看
--fork：执行一个新的子进程，在子进程里执行 unshare 传入的参数，而不是让现在的进程作为一个父进程
--mount-proc：执行子进程前，将 proc 优先挂载过去

一个 demo

# 创建 pid 隔离进程 /bin/bash
unshare --fork --pid --mount-proc /bin/bash

# mount 隔离
# 1. 创建 mount 隔离进程
unshare --mount --fork /bin/bash
# 2. 创建空白文件，并格式化成文件系统
dd if=/dev/zero of=data.img bs=8k count=10240
mkfs -t ext4 ./data.img
# 3. 挂载
mkdir -p /data/ttang/datamount
mount -t ext4 ./data.img /data/ttang/datamount
# 检查
df -h 
# 4. 创建文件并查看
cd /data/ttang/datamount
echo "hello world" > test.txt
cat test.txt
# 5. 在另一个会话中访问这个文件，会发现，找不到文件
ll /data/ttang/datamount/test.txt

六、cgroup(Control Group) 相关命令

pidstat – 监控进程的 CPU、内存、线程、设备IO等系统资源的占用情况

pidstat [选项] [<时间间隔>] [<次数>] 用于监控指定或全部进程的 CPU、内存、线程、设备IO等系统资源的占用情况。pidstat 第一次采样显示自系统启动开始的各项统计信息，后续采样将显示自上次运行命令后的统计信息。用户可以用过指定统计的次数和时间来获得所需的统计信息。

-u：默认参数，显示各进程的 CPU 使用统计
-r：显示各进程的内存使用统计
-d：显示各进程的 IO 使用统计
-p：指定进程号，后接 ALL 表示所有进程
-C：指定命令
-l：显示命令名和所有参数

在 root 下

安装 pidstat 命令：yum install sysstat -y
卸载 pidstat 命令：yum remove sysstat -y

stress – 压力测试工具

stress [选项 [ARG]] 可以对 CPU、Memory、IO、磁盘 进行压力测试

-c N / --cpu N：产生 N 个进程，每个进程都循环调用 sqrt 函数产生 CPU 压力。
-i N / --io N：产生 N 个进程，每个进程都循环调用 sync 函数将内存缓冲区内容写到磁盘上，产生 IO 压力。
-m N / --vm N：产生 N 个进程，每个进程循环调用 malloc/free 函数分配和释放内存

--vm-bytes B：指定分配内存的大小
--vm-keep：一直占用内存，区别于默认的不断的释放和重新分配
-d N / --hdd N：产生 N 个不断执行 write 和 unlink 函数的进程（创建文件、写入内容、删除文件），测试的是写入压力
--hdd-bytes B：指定文件的大小
-t N / --timeout N：在 N 秒后结束程序
-q / --quiet：程序在运行的过程中不输出信息

在 root 下

安装 stress 命令：yum install stress -y
卸载 stress 命令：yum remove stress -y

一些使用小 demo

1. cgroups 信息查看

cgroups 版本查看

cat /proc/filesystems | grep cgroup

cgroup 子系统查看

cat /proc/cgroups

cgroups 挂载信息查看，可以看到各种控制组的信息包括存储位置

mount |grep cgroup

我们在这里找到 cpu 的 cgroups 的储存位置
在这里插入图片描述

查看某个进程的 cgroups 信息
以当前 bash 为例，$$ 表示当前进程的 PID

cat /proc/$$/cgroup

同样找到当前进程使用 cpu 中 cgroups 的储存位置

把两行目录拼接起来，便可以查找到进程 cgroups 的具体配置信息
在这里插入图片描述

2. 使用 cgroups 对内存进行控制

这里我们做一个实现，创建一个控制内存的控制组，限制他的最大内存使用上限，然后用 stress 工具将给一个进程内存压力测试，同时将这个进程拉入我们创建的控制组中。
先说结论，当进程最大内存超过控制组内存上限的时候，就会直接挂掉。

创建一个内存控制组
```
# 进入存放内存控制组的位置，建立我们的测试目录，就是我们即将进行操作的控制组
cd /sys/fs/cgroup/memory/
mkdir test_memory
ll ./test_memory/
```
在相应目录下创建后，可以查看到这个目录里面直接被初始化出来很多内容，我们将完成上述实现作为最终目的，只需要关注框选的这两个文件

配置 cgroup 的策略为最大使用 10M 内存

echo "10485760" > test_memory/memory.limit_in_bytes

在这里插入图片描述

stress 创建一个需要 50M 内存的进程，同时用 pidstat 对其进行监控
- 进入创建的 dir 中，并复制两个SSH渠道
- 在会话 1 中运行一个 stress 进程
```
stress -m 1 --vm-bytes 50M
```
- 在会话 2 对运行的进行进行监测，可以看到stress的这个进程不断的进行 50M 内存申请又释放的工作
```
pidstat -C stress -p ALL -r 2 9999
```
- 将 PID 挪到 tasks 中
```
echo "实际的pid" > tasks
```
  可以看到会话 1、2 中都迅速给出了响应：进程退出

3. 使用 cgroups 对 CPU 进行控制

与上面相似，创建一个控制 cpu 的控制组，设置 cpu 占用率，然后用 stress 工具将一个进程的 cpu 消耗打满，同时将这个进程拉入我们创建的控制组中。
先说结论，当进程超过规定 cpu 消耗，就会直接挂掉。

创建一个 cpu 控制组
```
# 进入存放 cpu 控制组的位置，建立我们的测试目录，就是我们即将进行操作的控制组
cd /sys/fs/cgroup/cpu/
mkdir test_cpu
ll ./test_cpu/
cd test_cpu
```
在相应目录下创建后，可以查看到这个目录里面直接被初始化出来很多内容，我们将完成上述实现作为最终目的，只需要关注下面提到的两个值的大小。
- cfs_quota_us / cfs_period_us 就是 cpu 的使用率
  - cfs_period_us：表示一个 cpu 带宽，单位为微秒，系统总 cpu 带宽，默认值 100000
  - cfs_quota_us：表示 cgroup 可以使用的cpu带宽，单位为微秒。如果其值为 -1，表示使用的 CPU 不受 cgroup 限制。cfs_quota_us 的最小值为 1ms(1000)，最大值为 1s
- 我们将 cfs_quota_us 的值设为 30000，从理论上就可以限制 test_cpu 控制进程的 cpu 利用率最多为 30%
```
echo 30000 > cpu.cfs_quota_us
```
stress 创建一个 cpu 压力测试的进程，同时用 pidstat 对其进行监控
- 保持在创建的 dir 中，复制两个SSH渠道
- 在会话 1 中，进行 stress cpu 压力测试
```
stress -c 1
```
- 在会话 2 中，pidstat 监视进程的 cpu 使用率
```
# -u 是监测 cpu，默认也是监测 cpu，所以可以不用写
pidstat -C stress -p ALL 2 9999 
```
将所监视进程的 pid 放到 cpu 控制组的 tasks 中
```
echo "该进程的PID" > tasks
```
- 在会话 2 中可以观察到，压力测试进程的 cpu 的占用率，急速下降，来到了我们给设置的 30%的大小。