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2020
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Linux 的进程优先级与 nice 值

假设有一个程序叫 use-cpu,它运行的时候会一直消耗一个 CPU 核心。试问,如果我开两个终端窗口,分别执行以下两个进程,其 CPU 会如何分配?

$ taskset 2 ./use-cpu
$ taskset 2 nice -n 10 ./use-cpu

两个进程都在1号CPU上运行,意味着它们必定争抢时间片。第二个进程使用 nice 命令设置其 nice 为 10,那么,是不是第二个进程会占用比较少的 CPU 呢?

很合情合理的推理,然而答案是否定的。

呃,也不一定。cat /proc/sys/kernel/sched_autogroup_enabled 看一下,这个开了的话,CPU 调度会多一个层级。默认是开的,所以这两个进程会均分 CPU 时间。

首先说好了呀,这里只讨论普通进程(SCHED_OTHER)的调度。实时进程啥的不考虑。当然啦,CPU 分配只发生在 R(Runnable)状态的进程之间,暂时用不到 CPU 的进程不管。

最上面的层级是 cgroups 了。按照 cgroup 层级,每一层的子组或者进程间按权重分配。对于 cgroups v1,权重文件是 cpu.shares;cgroups v2 则是 cpu.weight。不管用哪个版本的 cgroups,systemd 默认都没有做特别的设置的。对于 v1,大家全在根组里;对于 v2,CPU 控制器都没有启用。如果你去设置 systemd 单元的 CPUWeight 属性(或者旧的 CPUShares 属性),那么 systemd 就会开始用 cgroups 来分配 CPU 了。一个意外的状况是,使用 cgroups v2 时,systemd-run 不会自动启用上层组的 CPU 控制器,以至于如果上层未手动启用的话,设置不起作用。在使用 cgroups v1 时,用 systemd 设置 CPUWeight 或者 CPUShares 也不太好用,因为它并不会自动把进程挪到相应的层级里去……

其次就是这个默认会开的 autogroup。这个特性是为了提升交互式的桌面系统的性能而引入的,会把同一 session 的进程放一个组里。每个 autogroup 作为一个整体进行调度,每个 autogroup 也有个 nice 值,在 /proc/PID/autogroup 里可以看到,也可以 echo 一个想要的 nice 值进去。至于这个 session,不是 systemd 的那个 session,而是传统 UNIX 的那个 session,也是 setsid(2) 的那个 session。我一直以为它没多大作用,没想到在这里用上了。基本上,同一群进程会在同一个 session 里(比如一群火狐进程,或者一群 make 进程),同一个终端里跑的进程也都在一个 session 里(除非你 setsid 了)。

最后才是轮到进程。其实准确地讲是线程。同一个 autogroup 里的时间片如何分配,就看里边这些线程的 nice 值的大小了。所以其实,我系统里的那些高 nice 值的进程,由于 autogroup 的存在而它们又没有去设置 autogroup 的 nice 值,其实调度起来没什么差别的。

参考资料

  • man 7 sched
  • man 7 cgroups
Category: Linux | Tags: systemd linux cgroups
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2019
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使用 cgroups net_cls 来让 docker 走代理

我这里 docker hub 连不上或者连上了访问很慢,根本没法用。本来我常规代理的办法,要么是 proxychains,要么是用 iptables 代理特定的 IP 段。至于 docker 嘛,亚马逊的 IP 段那么多,它用到的域名我也不是很清楚,一点点加好麻烦。作为系统服务,用 proxychains 不仅得修改 systemd 服务配置,而且不知道会不会出什么幺蛾子。最近刚好在某个地方看到这一手,就试试啰。

其实用法很简单的。去 /sys/fs/cgroup/net_cls 下建立个目录,往 net_cls.classid 里写一个整数(支持十六进制的 0x 表示法),然后把 dockerd 的 pid 写到 cgroup.procs 里去。最后用 iptables 代理这部分流量即可。现在都用 443 端口啦,所以只要代理它便好,也避免影响了别的东西:

iptables -t nat -A OUTPUT -p tcp --dport 443 -m cgroup --cgroup 0x110001 -j REDIRECT --to-ports XXX

XXX 是 ss-redir 的端口啦。

注意不要把进程的 pid 往 tasks 文件里写。那里得写的是 task 的 id 而不是 process 的 id,也就是说(用内核的术语来说)是线程的 pid 而不是进程的 tgid(thread group id)。所以非要写 tasks 文件的话,得把 docker 所有的线程的 pid 都写进去才行。真是混乱呢……画个表格好了:

用户态 内核 相关系统调用
pid tgid getpid, kill
tid pid gettid, tgkill
process task group fork, clone without CLONE_THREAD
thread task clone with CLONE_THREAD

另外如果更新过内核的话,那句 iptables 有可能会找不到模块的。(所以更新内核之后还是重启一下以避免尴尬吧。)

Category: shell | Tags: iptables linux cgroups 网络 代理
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2019
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使用 cgroups 限制指定进程的内存使用

最近我的系统有这么个问题:在备份或者系统更新等高 I/O 负载的时候,系统整体性能下降严重,界面经常卡到动不了。经过分析发现此时比平常多了许多磁盘读操作。平常的时候磁盘读操作是很少的,会有大量的缓存命中,反倒是写操作一直都有(因为我本地搭了个监控系统)。啊对,分析用到的磁盘性能数据就是来自于这个监控系统。

所以原因很清楚了:备份和系统更新不仅造成了大量缓存未命中,还占用了本来存放着热数据的缓存,导致常规使用的缓存命中率也急速下降,结果我的机械硬盘就忙不过来了。

那么,要是能够限制这些操作占用的缓存,性能不就能好一点吗?那些新读进来的数据反正是短期内再也用不到了,缓存起来也只是浪费有限的内存空间啊。

研究了一下 /sys/fs/cgroup/memory/memory.stat,看起来 cgroups 内存限制是包含缓存部分的,于是就试试呗。正好 systemd 直接就能设置了:

$ sudo systemd-run -p MemoryMax=512M --scope pacman -Syu

本来我是设置的 256M 限制,结果发现 dkms 编译内核模块的时候超级慢,还用掉了不少 swap……于是分了 512M。效果还是不错的,常规操作偶尔还是卡一卡(毕竟还是有一些 I/O 操作),但比起不限制的时候要少很多。

要注意一点的是,不使用 cgroups v2 的话(Arch Linux 默认),这个命令不能加 --user 以在用户级的 systemd 下跑的。而使用 cgroups v2 的话,lxc 和 docker 都跑不了……

备份也是类似的,而且因为 rsync 自己用不到多少内存,这个效果更好:

$ systemd-run -p MemoryMax=256M --scope ./backup-my-system

终于又一次在半小时内完成了备份 QAQ 之前动不动就一两小时的。

我也不知道为什么这个问题近期才出现,总之现在是缓解了。(接下来有空继续计划换 SSD 硬盘的事情~

Category: Linux | Tags: systemd linux cgroups

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