# 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     │           │   └───┴───┴───┘      │
└──────────────────────┘           └──────────────────────┘
```

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## 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） |

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## 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 |

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## 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
```

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## 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
```

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## 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）
```

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## 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
```

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## 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
```

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## 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
```

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## 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](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