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使用nice、cpulimit和cgroups限制cpu占用率
注：本文中的图片似乎都需要翻墙后才能看到，发布的时候注意
Linux内核是一名了不起的马戏表演者，它在进程和系统资源间小心地玩着杂耍，并保持系统的能够正常运转。 同时，内核也很公正：它将资源公平地分配给各个进程。
但是，如果你需要给一个重要进程提高优先级时，该怎么做呢？ 或者是，如何降低一个进程的优先级？ 又或者，如何限制一组进程所使用的资源呢？
答案是需要由用户来为内核指定进程的优先级
大部分进程启动时的优先级时相同的，因此Linux内核会公平地进行调度。 如果想让一个CPU密集型的进程运行在低优先级，那么你就得事先配置好调度器。
下面介绍3种控制进程运行时间的方法：
- 使用nice命令手动减低任务的优先级。
- 使用cpulimit命令控制进程的运行时间上限。
- 使用linux内建的control groups功能，它提供了限制进程资源消耗的机制。
我们来看一下这3个工具的工作原理和各自的优缺点。
模拟高cpu占用率
在分析这3种技术前，我们要先安装一个工具来模拟高CPU占用率的场景。我们会用到CentOS作为测试系统，并使用Mathomatic toolkit中的质数生成器来模拟CPU负载。
很不幸，在CentOS上这个工具没有预编译好的版本，所以必须要从源码进行安装。先从http://mathomatic.orgserve.de/mathomatic-16.0.5.tar.bz2这个链接下载源码包并解压。然后进入mathomatic-16.0.5/primes文件夹，运行make 和 sudo make install进行编译和安装。这样，就把matho-primes程序安装到了**/usr/local/bin**目录中。
接下来，通过命令行运行：
/usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
程序运行后，将输出从0到9999999999之间的质数。因为我们并不需要这些输出结果，直接将输出重定向到/dev/null就好。
现在，使用top命令就可以看到matho-primes进程榨干了你所有的cpu资源。
好了，接下来退出top（按q键）并杀掉matho-primes进程（使用fg命令将进程切换到前台，再按CTRL+C）
nice命令
下来介绍一下nice命令的使用方法，nice命令可以修改进程的优先级，这样就可以让进程运行得不那么频繁。 这个功能在运行cpu密集型的后台进程或批处理作业时尤为有用。 nice值的取值范围是[-20,19],-20表示最高优先级，而19表示最低优先级。 Linux进程的默认nice值为0。使用nice命令（不带任何参数时）可以将进程的nice值设置为10。这样调度器就会将此进程视为低优先级的进程，从而减少cpu资源的分配。
下面来看一个例子，我们同时运行两个matho-primes进程，一个使用nice命令来启动运行，而另一个正常启动运行：
nice matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
再运行top命令。
看到没，正常运行的进程（nice值为0）获得了更多的cpu运行时间，相反的，用nice命令运行的进程占用的cpu时间会较少（nice值为10）。
在实际使用中，如果你要运行一个CPU密集型的程序，那么最好用nice命令来启动它，这样就可以保证其他进程获得更高的优先级。 也就是说，即使你的服务器或者台式机在重载的情况下，也可以快速响应。
nice还有一个关联命令叫做renice，它可以在运行时调整进程的nice值。使用renice命令时，要先找出进程的PID。下面是一个例子：
renice +10 1234
其中，1234是进程的PID。
测试完nice 和 renice命令后，记得要将matho-primes进程全部杀掉。
cpulimit命令
接下来介绍 cpulimit 命令的用法。 cpulimit 命令的工作原理是为进程预设一个cpu占用率门限，并实时监控进程是否超出此门限，若超出则让该进程暂停运行一段时间。cpulimit使用 SIGSTOP和SIGCONT这两个信号来控制进程。它不会修改进程的nice值，而是通过监控进程的cpu占用率来做出动态调整。
cpulimit的优势是可以控制进程的cpu使用率的上限值。但与nice相比也有缺点，那就是即使cpu是空闲的，进程也不能完全使用整个cpu资源。
在CentOS上，可以用下面的方法来安装：
wget -O cpulimit.zip https://github.com/opsengine/cpulimit/archive/master.zip
unzip cpulimit.zip
cd cpulimit-master
make
sudo cp src/cpulimit /usr/bin
上面的命令行，会先从从GitHub上将源码下载到本地，然后再解压、编译、并安装到/usr/bin目录下。
cpulimit的使用方式和nice命令类似，但是需要用户使用-l选项显式地定义进程的cpu使用率上限值。举例说明：
cpulimit -l 50 matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
从上面的例子可以看出matho-primes只使用了50%的cpu资源，剩余的cpu时间都为idle。
You can also limit a currently running process by specifying its PID using the ‘-p’ parameter. For example cpulimit还可以在运行时对进程进行动态限制，使用-p选项来指定进程的PID，下面是一个实例：
cpulimit -l 50 -p 1234
其中，1234是进程的PID。
cgroups命令集
最后介绍，功能最为强大的控制组（cgroups）的用法。cgroups是Linux内核提供的一种机制，利用它可以指定一组进程的资源分配。 具体来说，使用cgroups，用户能够限定一组进程的cpu占用率、系统内存消耗、网络带宽，以及这几种资源的组合。
对比nice和cpulimit，cgroups的优势在于它可以控制一组进程，不像前者仅能控制单进程。同时，nice和cpulimit只能限制cpu使用率，而cgroups可以限制其他进程资源的使用。
对cgroups善加利用就可以控制好整个子系统的资源消耗。就拿CoreOS作为例子，这是一个专为大规模服务器部署而设计的最简化的Linux发行版本，它的upgrade进程就是使用cgroups来管控。这样，系统在下载和安装升级版本时也不会影响到系统的性能。
下面做一下演示，我们将创建两个控制组（cgroups），并对其分配不同的cpu资源。这两个控制组分别命名为“cpulimited”和“lesscpulimited”。
使用cgcreate命令来创建控制组，如下所示：
sudo cgcreate -g cpu:/cpulimited
sudo cgcreate -g cpu:/lesscpulimited
其中“-g cpu”选项用于设定cpu的使用上限。除此cpu外，cgroups还提供cpuset、memory、blkio等控制器。cpuset控制器与cpu控制器的不同在于，cpu控制器只能限制一个cpu核的使用率，而cpuset可以控制多个cpu核。
cpu控制器中的cpu.shares属性用于控制cpu使用率。它的默认值是1024，我们将lesscpulimited控制组的cpu.shares设为1024（默认值），而cpulimited设为512，配置后内核就会按照2：1的比例为这两个控制组分配资源。
To set the cpu.shares to 512 in the cpulimited group, type:
sudo cgset -r cpu.shares=512 cpulimited
使用cgexec命令来启动控制组的运行，为了测试这两个控制组，我们先用cpulimited控制组来启动matho-primes进程，命令行如下：
sudo cgexec -g cpu:cpulimited /usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
打开top可以看到，matho-primes进程占用了所有的cpu资源。
因为只有一个进程在系统中运行，不管将其放到哪个控制组中启动，它都会尽可能多的使用cpu资源。cpu资源限制只有在两个进程争夺cpu资源时才会生效。
那么，现在我们就启动第二个matho-primes进程，这一次我们在lesscpulimited控制组中来启动它：
sudo cgexec -g cpu:lesscpulimited /usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
再打开top就可以看到，cpu.shares值大的控制组会得到更多的cpu运行时间。
现在，我们再在cpulimited控制组中增加一个matho-primes进程：
sudo cgexec -g cpu:cpulimited /usr/local/bin/matho-primes 0 9999999999 > /dev/null &
看到没，两个控制组的cpu的占用率比例仍然为2：1。其中，cpulimited控制组中的两个matho-primes进程获得的cpu时间基本相当，而另一组中的matho-primes进程显然获得了更多的运行时间。
更多的使用方法，可以在Red Hat上查看详细的cgroups使用说明。（当然CentOS 7也有）
使用Scout来监控cpu占用率
监控cpu占用率最为简单的方法是什么？Scout工具能够监控能够自动监控进程的cpu使用率和内存使用情况。
Scout的触发器（trigger）功能还可以设定cpu和内存的使用门限，超出门限时会自动产生报警。
从这里可以获取Scout的试用版。
总结
计算机的系统资源是非常宝贵的。上面介绍的这3个工具能够帮助大家有效地管理系统资源，特别是cpu资源：
- nice可以一次性调整进程的优先级。
- cpulimit在运行cpu密集型任务且要保持系统的响应性时会很有用。
- cgroups是资源管理的瑞士军刀，同时在使用上也很灵活。