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13_implementation/13.3_cgroups.md

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+## 控制组
+
+### 什么是控制组
+
+控制组（Control Groups，简称 cgroups）是 Linux 内核的一个特性，用于**限制、记录和隔离**进程组的资源使用（CPU、内存、磁盘 I/O、网络等）。
+
+> **核心作用**：让多个容器公平共享宿主机资源，防止单个容器耗尽系统资源。
+
+```
+无 cgroups 限制：                  有 cgroups 限制：
+┌──────────────────────┐           ┌──────────────────────┐
+│     宿主机资源        │           │     宿主机资源        │
+│   ┌─────────────┐    │           │   ┌───┬───┬───┐      │
+│   │  容器 A     │    │           │   │ A │ B │ C │      │
+│   │  占用所有   │    │           │   │1GB│1GB│1GB│ ← 限制│
+│   │  内存和 CPU │    │           │   ├───┼───┼───┤      │
+│   └─────────────┘    │           │   │2核│1核│1核│      │
+│   容器 B、C 饥饿     │           │   └───┴───┴───┘      │
+└──────────────────────┘           └──────────────────────┘
+```
+
+---
+
+### cgroups 的历史
+
+| 时间 | 事件 |
+|------|------|
+| 2006 | Google 工程师提出 cgroups 概念 |
+| 2008 | Linux 2.6.24 正式支持 cgroups v1 |
+| 2016 | Linux 4.5 引入 cgroups v2 |
+| 现在 | Docker 默认使用 cgroups v2（如系统支持） |
+
+---
+
+### cgroups 可以限制的资源
+
+| 资源类型 | 子系统 | 说明 |
+|---------|--------|------|
+| **CPU** | `cpu`, `cpuset` | CPU 使用时间和核心分配 |
+| **内存** | `memory` | 内存使用上限和 swap |
+| **块设备 I/O** | `blkio` | 磁盘读写速度限制 |
+| **网络** | `net_cls`, `net_prio` | 网络带宽优先级 |
+| **进程数** | `pids` | 限制进程/线程数量 |
+
+---
+
+### Docker 中的资源限制
+
+#### 内存限制
+
+```bash
+## 限制容器最多使用 512MB 内存
+$ docker run -m 512m myapp
+
+## 限制内存 + swap
+$ docker run -m 512m --memory-swap 1g myapp
+
+## 软限制（超过时警告，不会 OOM Kill）
+$ docker run --memory-reservation 256m myapp
+```
+
+| 参数 | 说明 |
+|------|------|
+| `-m` / `--memory` | 硬限制（超过会 OOM Kill） |
+| `--memory-swap` | 内存 + swap 总限制 |
+| `--memory-reservation` | 软限制（内存竞争时生效） |
+| `--oom-kill-disable` | 禁用 OOM Killer（谨慎使用） |
+
+#### CPU 限制
+
+```bash
+## 限制使用 1.5 个 CPU 核心
+$ docker run --cpus=1.5 myapp
+
+## 限制使用 CPU 0 和 1
+$ docker run --cpuset-cpus="0,1" myapp
+
+## 设置 CPU 使用权重（相对值，默认 1024）
+$ docker run --cpu-shares=512 myapp
+```
+
+| 参数 | 说明 |
+|------|------|
+| `--cpus` | 限制 CPU 核心数（如 1.5） |
+| `--cpuset-cpus` | 绑定到特定 CPU 核心 |
+| `--cpu-shares` | CPU 时间片权重（相对值） |
+| `--cpu-period` / `--cpu-quota` | 精细控制 CPU 配额 |
+
+#### 磁盘 I/O 限制
+
+```bash
+## 限制设备写入速度为 10MB/s
+$ docker run --device-write-bps /dev/sda:10mb myapp
+
+## 限制设备读取速度
+$ docker run --device-read-bps /dev/sda:10mb myapp
+
+## 限制 IOPS
+$ docker run --device-write-iops /dev/sda:100 myapp
+```
+
+#### 进程数限制
+
+```bash
+## 限制最多 100 个进程
+$ docker run --pids-limit=100 myapp
+```
+
+---
+
+### 查看容器资源使用
+
+```bash
+## 实时监控所有容器的资源使用
+$ docker stats
+CONTAINER ID   NAME    CPU %   MEM USAGE / LIMIT   MEM %   NET I/O        BLOCK I/O
+abc123         web     0.50%   45.5MiB / 512MiB    8.89%   1.2kB / 0B     0B / 0B
+def456         db      2.30%   256MiB / 1GiB       25.00%  5.6kB / 3.2kB  4.1MB / 2.3MB
+
+## 查看特定容器
+$ docker stats mycontainer
+
+## 查看容器的 cgroup 配置
+$ docker inspect mycontainer --format '{{json .HostConfig}}' | jq
+```
+
+---
+
+### 资源限制的效果
+
+#### 内存超限
+
+```bash
+## 启动限制 100MB 内存的容器
+$ docker run -m 100m stress --vm 1 --vm-bytes 200M
+
+## 容器会被 OOM Killer 杀死
+$ docker ps -a
+CONTAINER ID   STATUS                      NAMES
+abc123         Exited (137) 5 seconds ago  hopeful_darwin
+
+## 137 = 128 + 9，表示被 SIGKILL (9) 杀死
+```
+
+#### CPU 限制验证
+
+```bash
+## 不限制 CPU
+$ docker run --rm stress --cpu 4
+## 占满所有 CPU
+
+## 限制为 1 个核心
+$ docker run --rm --cpus=1 stress --cpu 4
+## 只能使用约 100% CPU（1 个核心）
+```
+
+---
+
+### cgroups v1 vs v2
+
+| 特性 | cgroups v1 | cgroups v2 |
+|------|-----------|-----------|
+| 层级结构 | 多层级（每个资源单独） | 统一层级 |
+| 管理复杂度 | 复杂 | 简化 |
+| 资源分配 | 基于层级 | 基于子树 |
+| PSI（压力监控） | ❌ | ✅ |
+| rootless 容器 | 部分支持 | 完整支持 |
+
+#### 检查系统使用的版本
+
+```bash
+## 查看 cgroup 版本
+$ mount | grep cgroup
+cgroup2 on /sys/fs/cgroup type cgroup2 (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
+## 如果显示 cgroup2 表示 v2
+
+## 或者
+$ cat /proc/filesystems | grep cgroup
+nodev   cgroup
+nodev   cgroup2
+```
+
+---
+
+### 在 Compose 中设置限制
+
+```yaml
+services:
+  web:
+    image: nginx
+    deploy:
+      resources:
+        limits:
+          cpus: '0.5'
+          memory: 512M
+        reservations:
+          cpus: '0.25'
+          memory: 256M
+```
+
+---
+
+### 最佳实践
+
+#### 1. 始终设置内存限制
+
+```bash
+## 防止 OOM 影响宿主机
+$ docker run -m 1g myapp
+```
+
+#### 2. 为关键应用设置 CPU 保证
+
+```bash
+$ docker run --cpus=2 --cpu-shares=2048 critical-app
+```
+
+#### 3. 监控资源使用
+
+```bash
+## 配合 Prometheus + cAdvisor 监控
+$ docker run -d --name cadvisor \
+    -v /:/rootfs:ro \
+    -v /var/run:/var/run:ro \
+    -v /sys:/sys:ro \
+    -v /var/lib/docker:/var/lib/docker:ro \
+    gcr.io/cadvisor/cadvisor
+```
+
+---
+
+### 本章小结
+
+| 资源 | 限制参数 | 示例 |
+|------|---------|------|
+| **内存** | `-m` | `-m 512m` |
+| **CPU 核心数** | `--cpus` | `--cpus=1.5` |
+| **CPU 绑定** | `--cpuset-cpus` | `--cpuset-cpus="0,1"` |
+| **磁盘 I/O** | `--device-write-bps` | `--device-write-bps /dev/sda:10mb` |
+| **进程数** | `--pids-limit` | `--pids-limit=100` |
+
+### 延伸阅读
+
+- [命名空间](13.2_namespace.md)：资源隔离
+- [安全](../security/README.md)：容器安全概述
+- [Docker Stats](../05_container/README.md)：监控容器资源