Control Group 簡稱 cgroup，是 linux kernel 裡的一個功能， 用來限制、記錄、隔離資源使用。
最早於 2006 年由 google 工程師開發，後來合併到 kernel 2.6.24 中。
cgroup 的特點有以下幾種：
1. 限制資源的使用：執行某個應用程式，卻佔掉大部份的系統資源，導致別的程式根本無法執行，或在多核心的機器上，讓某應用程式只能使用某些核心，保留一些給其他程式用，或限制某程式最多使用 2G 的記憶體。
2. 使用資源的優先權：有沒有辦法調整讓 A 程式比 B 程式多用一些 cpu 呢?
3. 記錄 cpu 使用量以收取費用：對某些公司來說，cpu 的使用是要收費的，但要如何算出使用者到底使用了多少 cpu 呢? 早期這類的工作是很繁雜的，一般是透過 psacct 來收取整個系統上所有指令使用的 cpu 時間，再寫一些 scripts 來分析出各個使用者的 cpu 使用量，產生報表，現在透過 cgroup 可以很容易的抓出資料。
4. 隔離不同群組的 process：對於不同群組的 process 做到隔離，可用於 lxc (linux container)。
5. freezing groufreezing groups or checkpointing and restarting: 假設一個程式執行要 8 小時 cpu 時間才能完成，但跑到 7.3 小時卻因為某狀況導致失敗，等故障排除後，要再重頭開始跑 8 小時，這樣很沒效率。若在中間有做 checkpoint，假設每小時一次，則可以從 7 小時的部份接續下去跑，理論上是很完美，只是不知道現在 cgroup 能做到什麼程度就是。
這邊以實例來操作 cgroup ，目前在 debian wheezy 上有遇到一些問題，只能使用 root 使用者來分配資源，而無法以一般使用者，還沒找出問題在哪，所以先用 arch linux 為例，基本上，目前 cgroup 的實作，試過幾個 distribution，都大同小異，fedora、ubuntu、arch linux，都是類似，試過都沒問題，但 debian wheezy 則有點不同。
進入系統後，首先檢查 cgroup 是否有掛載起來：
$ mount | grep cgroup
tmpfs on /sys/fs/cgroup type tmpfs (rw,nosuid,nodev,noexec,mode=755)
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,release_agent=/usr/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuacct,cpu)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory)
cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,devices)
cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,freezer)
cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,net_cls)
cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,blkio)
在 arch linux 中，可看到 cgroup 掛載於 /sys/fs/cgroup/ 底下，接著檢查系統的 cgroup 支援哪些 controller.
$ cat /proc/cgroups
#subsys_name hierarchy num_cgroups enabled
cpuset 2 3 1
cpu 3 14 1
cpuacct 3 14 1
memory 4 1 1
devices 5 1 1
freezer 6 1 1
net_cls 7 1 1
blkio 8 1 1
debian wheezy 預設 memory 是沒啟動的，可在開機時 grub 加入 cgroup_enable=memory 來開啟。
由於 cgroup 的 controller 滿多，功能也很廣，這邊只針對幾個做說明。
cpuset： 設定使用那幾個 cpu core.
cpu 和 cpuacct 是同一個：設定 cpu shares，share 值越大，能用 cpu 的時間越多。
memory：限制記憶體使用量。
要使用 cgroup，可透過底下幾個方法：
1. 直接以命令列指令存取 /sys/fs/cgroup 來達到。
2. 使用 libcgroup 的一些指令，像 cgcreate, cgexec, cgclassify 來操作。
3. 透過 LXC 來實作。
這邊介紹 1, 2 種方法，lxc 則留著以後再分享。
以命令列指令存取 cgroup：
操作前準備：
以 root 來建立 low 群組，low 繼承了 cpu controller 的所有屬性
$ sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/low
將權限開給 behappy 使用者
$ sudo chown behappy:users -R /sys/fs/cgroup/cpu/low
cpu share 預設為 1024
$ cat /sys/fs/cgroup/cpu/low/cpu.shares
1024
以一般使用者將之 low 群組設成 512
$ echo 512 > /sys/fs/cgroup/cpu/low/cpu.shares
重覆上面，建立 high 群組，cpu share 設為 2048
$ sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/high
$ sudo chown behappy:users -R /sys/fs/cgroup/cpu/high
$ echo 2048 > /sys/fs/cgroup/cpu/high/cpu.shares
另外建立 first_core、second_core 群組，為 cpu 第一個核心及第二核心，位於 cpuset controller 底下。
$ sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core
$ sudo chown behappy:users -R /sys/fs/cgroup/first_core
$ sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpuset/second_core
$ sudo chown behappy:users -R /sys/fs/cgroup/second_core
檢視原本 cpuset 裡的設定：
$ cat /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.cpus
0-1
有二個 cpu core 0 和 1
而我們建立的 first_core 及 second_core 裡的設定是空的
$ cat /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core/cpuset.cpus
將 first_core 群組設成第一個 cpu core：
$ echo 0 > /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core/cpuset.cpus
將 second_core 群組設成第二個 cpu core：
$ echo 1 > /sys/fs/cgroup/cpuset/second_core/cpuset.cpus
這樣大致上準備完成，接著開始試驗。
拿 /usr/bin/yes 這指令來操 cpu，為了易於閱讀，設置二個執行檔：
$ cp /usr/bin/yes /tmp/yes_low
$ cp /usr/bin/yes /tmp/yes_high
另外開個 top 在旁邊觀看 cpu 使用情形，按 1 來顯示各別 cpu core 使用情形
$ /tmp/yes_low &>/dev/null &
$ /tmp/yes_high &>/dev/null &
$ top
top - 13:14:41 up 3:34, 2 users, load average: 0.85, 0.34, 0.16
Tasks: 119 total, 3 running, 114 sleeping, 2 stopped, 0 zombie
%Cpu0 : 99.3 us, 0.7 sy, 0.0 ni, 0.0 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
%Cpu1 : 99.7 us, 0.3 sy, 0.0 ni, 0.0 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 3951368 total, 1223052 used, 2728316 free, 150640 buffers
KiB Swap: 3145724 total, 0 used, 3145724 free, 531504 cached
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
9860 behappy 20 0 7120 356 284 R 99.9 0.0 0:11.32 yes_low
9861 behappy 20 0 7120 356 284 R 98.6 0.0 0:08.98 yes_hig
下方可看到二個程式，各佔 cpu 99%，而上面則顯示目前二個 cpu core 都是 99% 使用率，這是正常的狀況下。
接著我們將 yes_low 加入到 low 群組
$ echo 9860 > /sys/fs/cgroup/cpu/low/tasks
將 yes_high 加入到 high 群組
$ echo 9861 > /sys/fs/cgroup/cpu/low/tasks
理論上 top 所看到的 cpu 使用狀況應該有變化，但是並沒有，因為有二個 cpu core，而使用 cpu 的程式也是二個而已，所以在夠用的情況下，二個程式都可以取得所需的資源，因此一樣佔用 99%，所以我們要讓二個程式使用同一個 cpu core 才行。
$ echo 9860 > /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core/tasks
-bash: echo: write error: No space left on device
哦哦，失敗，要先設定 cpuset.mems 才行，不知道為什麼 :)
$ echo 0 > /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core/cpuset.mems
再設定一次就可成功
$ echo 9860 > /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core/tasks
將 yes_high 也加入 first_core 群組
$ echo 9861 > /sys/fs/cgroup/cpuset/first_core/tasks
過個三秒後，應該可看到 top 上的變化
$ top
top - 13:14:41 up 3:34, 2 users, load average: 0.85, 0.34, 0.16
Tasks: 119 total, 3 running, 114 sleeping, 2 stopped, 0 zombie
%Cpu0 : 99.8 us, 0.7 sy, 0.0 ni, 0.0 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
%Cpu1 : 1.7 us, 0.3 sy, 0.0 ni, 0.0 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 3951368 total, 1223052 used, 2728316 free, 150640 buffers
KiB Swap: 3145724 total, 0 used, 3145724 free, 531504 cached
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
9861 behappy 20 0 7120 356 284 R 79.9 0.0 0:11.32 yes_high
9860 behappy 20 0 7120 356 284 R 20.2 0.0 0:08.98 yes_low
很明顯上方可看到，第一個 cpu core 用了 99.8%，而第二個就只有 1.7%，因為我們設定 yes_high 及 yes_low 都只使用第一個 cpu core；接著下方，由於 yes_low 比重是 512，yes_high 是 2048，為 1:4，因此 cpu loading 也趨近於 1:4 ( 20.2 : 79.9 )。
這樣空下一顆 cpu core 可以用來做其他事情，而不會導致系統變得很頓。
cpuacct 的部份，在剛建立一個 cpu 或 cpuacct 群組時，cpuacct.usage 為 0，像剛才建立的 high 群組
$ cat /sys/fs/cgroup/cpu/high/cpuacct.usage
0
經過執行了 yes_high 並加入 high 群組後，cpuacct.usage 就會開始累計，所以看內容就可知道用了多少 cpu time，單位為 ns (nano second，十的負九次方秒)。
$ cat /sys/fs/cgroup/cpu/high/cpuacct.usage
22493005441
這樣大概就是 22.5 秒，但觀察 cpuacct.stat 可看到，這 22.5 秒是 user + system 全部總合，因此要看 cpuacct.stat 裡面 user 的部份才是真正 user 使用的 cpu time，約 22.44 秒。
$ cat /sys/fs/cgroup/cpu/high/cpuacct.stat
user 2244
system 7
另外，由於只用到第一個 cpu core，因此在 cpuacct.usage_percpu 中看到第二個 cpu core cpu time 為 0
$ cat /sys/fs/cgroup/cpu/high/cpuacct.usage_percpu
22493005441 0
memory 的部份，一樣先建立一個群組，設定好限制，再將程式加入此群組即可。
以 root 建立一個 mymemory 群組
$ sudo mkdir /sys/fs/cgroup/memory/mymemory
$ sudo chown -R behappy:users /sys/fs/cgroup/memory/mymemory
用一般使用者設定記憶體上限為 10M Bytes
$ echo 10000000 > /sys/fs/cgroup/memory/mymemory/memory.limit_in_bytes
在旁邊先開個 terminal 來監控記憶體運作情形，使用 free，來觀察記憶體變化
$ watch free
然後開啟一個 shell，並將 shell 加入 mymemory 群組，這樣從這個 shell 裡所執行的程式，都屬於 mymemory 群組。
$ bash
找出剛才執行 bash 的 pid
$ echo $$
5312
將 bash 加入 mymemory 群組
$ echo 5312 > /sys/fs/cgroup/memory/mymemory/tasks
加入後，執行一個超過 10M 記憶體的程式，如 libreoffice、或看看影片，可立刻看到記憶體監控視窗中，已開始用到 swap 了，因為只給 10M，但不夠用，會自動使用 swap，印證我們限制記憶體使用是成功的。
操作上大致是如此，但是若每次都以存取 /sys 來動作，似乎很麻煩，因此有 libcgroup 的工具可用。
以 libcgroup 存取 cgroup：
fedora 是 libcgroup，直接裝上即可，而 debian 及 ubuntu 除了安裝 libcgroup1 還要再加上 cgroup-bin。
arch linux 從 AUR 中裝上：
$ yaourt -S libcgroup
以 libcgroup 來重覆上面建立 first_core, second_core, high, low 群組的指令。
建立 first_core 群組
$ sudo cgcreate -a behappy:users -t behappy:users -g cpuset:/first_core
建立 second_core 群組
$ sudo cgcreate -a behappy:users -t behappy:users -g cpuset:/second_core
建立 high 群組
$ sudo cgcreate -a behappy:users -t behappy:users -g cpu:/high
建立 low 群組
$ sudo cgcreate -a behappy:users -t behappy:users -g cpu:/low
設定 first_core 群組的 cpuset.cpus 為第一個 cpu core
$ cgset -r cpuset.cpus=0 /first_core
設定 second_core 群組的 cpuset.cpus 為第二個 cpu core
$ cgset -r cpuset.cpus=1 /second_core
設定 high 群組的 cpu.shares 為 2048
$ cgset -r cpu.shares=2048 /high
設定 low 群組的 cpu.shares 為 512
$ cgset -r cpu.shares=512 /low
指定 yes_high 到 first_core 群組
$ cgclassify -g cpuset:/first_core 9861
指定 yes_low 到 first_core 群組
$ cgclassify -g cpuset:/first_core 9860
指定 yes_high 到 high 群組
$ cgclassify -g cpu:/high 9861
指定 yes_low 到 low 群組
$ cgclassify -g cpu:/low 9860
cgclassify 是用於將已執行中的程式指到一個群組，而 cgexec 則用來執行一個程式，並將之加入一個群組。
執行 /tmp/yes_high &>/dev/null & 這指令，並將之加入 first_core 及 high 群組
$ cgexec -g cpu:/high -g cpuset:/first_core /tmp/yes_high &>/dev/null &
執行 /tmp/yes_low &>/dev/null & 這指令，並將之加入 first_core 及 low 群組
$ cgexec -g cpu:/low -g cpuset:/first_core /tmp/yes_low &>/dev/null &
檢視 yes_low 使用了多少 cpu time:
$ cgget -r cpuacct.usage /low
/low:
cpuacct.usage:
22493005441
memory 的部份:
$ sudo cgcreate -a behappy:users -t behappy:users -g memory:/mymemory
$ cgset -r memory.limit_in_bytes=10000000 /mymemory
還不錯用，至少比 echo xx > 什麼的方便多了不是嗎？
但我們建立的群組，重新開機後就會不見，因此要寫在 /etc/cgconfig.conf 中，然後開機時啟動 cgconfig service
$ cat /etc/cgconfig.conf
group first_core {
perm {task {
uid = behappy;
}
admin {
uid = behappy;
}
}
cpuset {
cpuset.mems = "0";
cpuset.cpus = "0";
}
}
group second_core {
perm {
task {
uid = behappy;
}
admin {
uid = behappy;
}
}
cpuset {
cpuset.mems = "0";
cpuset.cpus = "1";
}
}
group low {
perm {
task {
uid = behappy;
}
admin {
uid = behappy;
}
}
cpu {
cpu.shares = "512";
}
}
group high {
perm {
task {
uid = behappy;
}
admin {
uid = behappy;
}
}
cpu {
cpu.shares = "2048";
}
}
group mymemory {
perm {
task {
uid = 1000;
}
admin {
uid = 1000;
}
}
memory {
memory.limit_in_bytes = "10000000";
}
}
$ sudo systemctl start cgconfig
可是，若每次執行程式，都要手動加入到某個群組，還是很麻煩啊？沒問題，有 cgrulesengd 這個 daemon 來幫助我們，依照 /etc/cgrules.conf 所指定的，自動在程式執行後加入群組中，開機時要啟動 cgred service。
$ cat /etc/cgrules.conf
#《user》 《controllers》《destination》
#《user》:《process name》 《controllers》《destination》
behappy:yes_high cpuset first_core
% cpu,cpuacct high
behappy:/tmp/yes_low cpuset first_core
% cpu,cpuacct low
$ sudo systemctl start cgred
排除註解總共 4 行，第 1 行是將使用者 behappy 執行的 yes_high 加入 cpuset controller 中的 first_core 群組
第 2 行前面是 %，表示接續第一行過來，若前面寫得和第一行一樣，則在找到第一行符合條件套用後就會離開，加 % 表示第 2 行和第 1 行是同一行指令，所以會 1,2 行都套用後才離開。
所以 1,2 行一組，表示將 behappy 的 yes_high 加入 first_core 及 high 群組。
3,4 行表示將 behappy 的 yes_low 加入 first_core 及 low 群組。
記得，在 cgrulesengd 啟動後，先前已執行的程式並不會變動，只有從 cgrulesengd 啟動後才執行的程式會自動加入群組。
另外，libcgroup 還有幾個指令：
$ cgdelete: 刪除某個群組
$ sudo cgdelete -g cpuset:first_core
cgclear: 清除所有群組 (這指令儘量不要下，否則全空了)，若全部不見了，寫個 /tmp/cgconfig.conf，內容如下，並以 cgconfigparser 來載入：
mount {
cpuset = /sys/fs/cgroup/cpuset;
cpu = /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct;
cpuacct = /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct;
memory = /sys/fs/cgroup/memory;
devices = /sys/fs/cgroup/devices;
freezer = /sys/fs/cgroup/freezer;
net_cls = /sys/fs/cgroup/net_cls;
blkio = /sys/fs/cgroup/blkio;
}
cgconfigparser: 檢查 cgconfig.conf 設定檔的格式錯誤，若沒問題則載入。
$ cgconfigparser -l /tmp/cgconfig.conf
cgsnapshot: 將目前 cgroup 狀態 dump 下來，可存成設定檔。
$ cgsnapshot > /tmp/cgconfig.conf
總結：
Cgroup 是非常複雜的東東，這邊只做基本介紹，有興趣可到 /sys/fs/cgroup 裡去看看每個檔案的內容。
現在 linux 有了 cgroup 後，簡直是如虎添翼，擁有早期只有大型主機 + 商用unix 才有的功能，現在 linux + PC 就可達到，真是越來越強了。
參考文件：
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Cgroup
2. https://wiki.archlinux.org/index.php/Cgroups
3. http://www.kernel.org/doc/Documentation/cgroups/cgroups.txt
4. https://access.redhat.com/knowledge/docs/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/6/html/Resource_Management_Guide/index.html
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