使用过Docker的人都知道，Docker使用cgroup来控制进程的资源使用量，在OpenStack中使用KVM同样也存在这个问题，KVM虽然可以做内核的隔离，但是使用起主机上的CPU来，也是互相争抢的，需要使用cgroup控制资源使用量。
Control Group又称cgroup，用于控制进程的资源使用：CPU, Disk I/O, Memory, Network等。
Cgroup有几个重要的概念：
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任务：对应于进程，将进程ID放到cgroup里面，就算cgroup的一个任务，受cgroup控制
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层次：
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cgroup是分层次的，子cgroup会继承父cgroup的设置
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Cgroup的管理通常使用file system的接口，一个cgroup会被mount成一个cgroup的文件系统，则层次结构对应于文件夹结构
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子系统：系统的资源被不同的子系统控制
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blkio -- 为块设备设定输入/输出限制，比如物理设备(磁盘，固态硬盘，USB等等)。
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cpu -- 使用调度程序提供对CPU的cgroup任务访问。
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cpuacct -- 自动生成cgroup中任务所使用的CPU报告。
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cpuset -- 为cgroup中的任务分配独立CPU (在多核系统)和内存节点。
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devices -- 可允许或者拒绝cgroup中的任务访问设备。
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freezer -- 挂起或者恢复cgroup中的任务。
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memory -- 设定cgroup中任务使用的内存限制，并自动生成由那些任务使用的内存资源报告。
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net_cls -- 使用等级识别符(classid)标记网络数据包，可允许Linux流量控制程序tc识别从 具体cgroup中生成的数据包。
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ns -- 名称空间子系统。
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一、对CPU的控制
CFS (Completely Fair Scheduler) ：
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将所有可运行的任务放入一棵红黑树，key是vruntime
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红黑树是平衡的，左面的任务得到的时间少，右面的任务得到的时间多，最左面的任务有最高的优先级
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cfs_period_us的意思是cgroup对CPU的调度的干预周期，cfs_quota_us是指则一个周期内这个进程得到的时间片长度。比如cfs_period_us=100000说明100毫秒cgroup进行一次干预，cfs_quota_us=25000表示在100毫秒里面，这个进程能够得到25毫秒的时间片，如果对cgroup进行的修改，则要等到下个100毫秒才起作用
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cpu.shares是一个相对值，进程之间的cpu使用率按照这个数字的比例来
查看cpuset，在如下路径下面：
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,relatime,cpuset)
cat ubuntutest.libvirt-qemu/cpuset.cpus #0-3
cat ubuntutest2.libvirt-qemu/cpuset.cpus #0-3
两个VM都同时使用四个CPU，为了查看CPU调度，我们使用一个CPU
关闭VM，设置cpuset.cpus
重启VM
在两台虚拟机上创建一个无限循环的python程序
没有设置cgroup的时候，两台虚拟机同时运行这个程序
设置cpu.shares
查看现在的设置
修改ubuntutest2的设置
echo 4096 > ubuntutest2.libvirt-qemu/cpu.shares
也可以通过virsh设置和查看
virsh schedinfo ubuntutest --set cpu_shares=2048
设置vcpu_quota
二、对block I/O的控制
查看major number和minor number
相对值：范围在100到1000
echo 8:0 500 > blkio.weight_device
绝对值(bytes per second)：
echo "8:0 10485760" > /cgroup/blkio/testcg/blkio.throttle.read_bps_device
echo "8:0 10485760" > /cgroup/blkio/testcg/blkio.throttle.write_bps_device
使用virsh
使用iotop -P -o查看速度
设置cache='none'
设置写入速度
echo "8:0 10485760" > ubuntutest.libvirt-qemu/blkio.throttle.write_bps_device
echo "8:0 20971520" > ubuntutest.libvirt-qemu/blkio.throttle.write_bps_device
四、对网络I/O的控制
对于virsh命令，当前net_cls还不支持
可以通过TC直接控制网卡的流量
TC有两种类型控制网络I/O.
第一种类型为：Classless Queuing Disciplines，也即不分类
默认为pfifo_fast
pfifo是基于ToS和priomap分到不同的队列中
网络包里面有TOS，总共四位
代表5种类型
这是priomap，设置了不同的ToS去哪个队列
还有一种队列名叫SFQ, Stochastic Fair Queuing随机公平队列
会有很多的FIFO的队列，TCP Session或者UDP stream会被分配到域名购买某个队列。
包会RoundRobin的从各个队列中取出发送。
这样不会一个Session占据所有的流量。
但不是每一个Session都有一个队列，而是有一个Hash算法，将大量的Session分配到有限的队列中。
这样两个Session会共享一个队列，也有可能互相影响。
Hash函数会经常改变，从而session不会总是相互影响。
还有一种队列名叫TBF, Token Bucket Filter
它有两个概念Tokens and buckets
所有的包排成队列进行发送，但不是到了队头就能发送，而是需要拿到Token才能发送
Token根据设定的速度rate生成，所以即便队列很长，也是按照rate进行发送的
当没有包在队列中的时候，Token还是以既定的速度生成，但是不是无限累积的，而是放满了buckets为止，篮子的大小常用burst/buffer/maxburst来设定
Buckets会避免下面的情况：当长时间没有包发送的时候，积累了大量的Token，突然来了大量的包，每个都能得到Token，造成瞬间流量大增
第二种类型：Classful Queuing Disciplines，是分类的
常见的为HTB, Hierarchical Token Bucket，有以下的概念
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Shaping：仅仅发生在叶子节点，依赖于其他的Queue
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Borrowing: 当网络资源空闲的时候，借点过来为我所用
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Rate：设定的发送速度
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Ceil：最大的速度，和rate之间的差是最多能向别人借多少
| type of class |
class state |
HTB internal state |
action taken |
| leaf |
< rate |
HTB_CAN_SEND |
Leaf class will dequeue queued bytes up to available tokens (no more than burst packets) |
| leaf |
> rate, < ceil |
HTB_MAY_BORROW |
Leaf class will attempt to borrow tokens/ctokens from parent class. If tokens are available, they will be lent in quantum increments and the leaf class will dequeue up to cburst bytes |
| leaf |
> ceil |
HTB_CANT_SEND |
No packets will be dequeued. This will cause packet delay and will increase latency to meet the desired rate. |
| inner, root |
< rate |
HTB_CAN_SEND |
Inner class will lend tokens to children. |
| inner, root |
> rate, < ceil |
HTB_MAY_BORROW |
Inner class will attempt to borrow tokens/ctokens from parent class, lending them to competing children in quantum increments per request. |
| inner, root |
> ceil |
HTB_CANT_SEND |
Inner class will not attempt to borrow from its parent and will not lend tokens/ctokens to children classes. |
例如创建一个如下的htb树
创建一个HTB的qdisc在eth0上，句柄为1:，default 12表示默认发送给1:12
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb default 12
创建一个root class，然后创建几个子class
同一个root class下的子类可以相互借流量，如果直接不在qdisc下面创建一个root class，而是直接创建三个class，他们之间是不能相互借流量的。
tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 100kbps ceil 100kbps
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 30kbps ceil 100kbps
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:11 htb rate 10kbps ceil 100kbps
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:12 htb rate 60kbps ceil 100kbps
创建叶子qdisc，分别为fifo和sfq
tc qdisc add dev eth0 parent 1:10 handle 20: pfifo limit 5
tc qdisc add dev eth0 parent 1:11 handle 30: pfifo limit 5
tc qdisc add dev eth0 parent 1:12 handle 40: sfq perturb 10
设定规则：从1.2.3.4来的，发送给port 80的包，从1:10走；其他从1.2.3.4发送来的包从1:11走；其他的走默认
tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip src 1.2.3.4 match ip dport 80 0xffff flowid 1:10
tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip src 1.2.3.4 flowid 1:11
当同时发大量的包的时候会出现下面的图形
时间0的时候，0,1,2都以90k的速度发送数据，在时间3的时候，将0的发送停止，红色的线归零，剩余的流量按照比例分给了蓝色的和绿色的线。
在时间6的时候，将0的发送重启为90k，则蓝色和绿色的流量返还给红色的流量。
在时间9的时候，将1的发送停止，绿色的流量为零，剩余的流量按照比例分给了蓝色和红色。
在时间12,将1的发送恢复，红色和蓝色返还流量。
在时间15，将2的发送停止，蓝色流量为零，剩余的流量按照比例分给红色和绿色。
在时间19，将1的发送停止，绿色的流量为零，所有的流量都归了红色。
对于如下的图谱图，创建如下的规则
tc qdisc add dev tap3 root handle 1: htb
tc class add dev tap3 parent 1: classid 1:1 htb rate 100kbps ceil 100kbps
tc class add dev tap3 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 20kbps ceil 100kbps
tc class add dev tap3 parent 1:1 classid 1:11 htb rate 80kbps ceil 100kbps
tc qdisc add dev tap3 parent 1:10 handle 20: pfifo limit 5
tc qdisc add dev tap3 parent 1:11 handle 30: pfifo limit 5
tc filter add dev tap3 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip src 192.168.57.100 flowid 1:10
tc filter add dev tap3 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip src 192.168.57.101 flowid 1:11
五、Libvirt可以通过hooks来设置cgroup
Libvirt提供hook功能，可以再下面的事件发生的时候，调用脚本做一些事情
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事件一：The libvirt daemon starts, stops, or reloads its configuration
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事件二：A QEMU guest is started or stopped
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事件三：A network is started or stopped or an interface is plugged/unplugged to/from the network
Hook在目录/etc/libvirt/hooks下：
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/etc/libvirt/hooks/daemon在事件一发生的时候被调用
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/etc/libvirt/hooks/qemu对应事件二
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/etc/libvirt/hooks/network对应事件三
脚本可以是bash也可以是python
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#!/bin/bash
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#!/usr/bin/python
脚本参数
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Object：例如guest的名称
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Operation：例如start
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sub-operation
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extra argument
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另外domain的xml作为stdin
注意：不可以在hook脚本中调用virsh的api，容易引起死锁
简单的hook脚本，打印参数和stdin
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/etc/libvirt/hooks/daemon
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/etc/libvirt/hooks/qemu
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/etc/libvirt/hooks/network
要加载hook脚本，必须stop然后start libvirt-bin
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service libvirt-bin stop
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service libvirt-bin start
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不可以restart
测试脚本
tail -f /tmp/hook.log
关闭这个实例
会看到新的日志
复杂的hook脚本
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禁止ICMP
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设置CPU Share
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设置网络带宽
修改/etc/libvirt/hooks/qemu
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处理started和stopped事件
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在started事件发生后，也即虚拟机创建后
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创建一个文件夹，将domain的xml放在文件夹里面
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然后调用python脚本
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/etc/libvirt/hooks/qemu.d/disable_icmp.py
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/etc/libvirt/hooks/qemu.d/update_cpu_share.py
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/etc/libvirt/hooks/qemu.d/add_tc.py
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在stopped事件发生后，也即虚拟机关闭后
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调用脚本/etc/libvirt/hooks/qemu.d/enable_icmp.py
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删除domain文件夹
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/etc/libvirt/hooks/qemu.d/disable_icmp.py
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解析domain的xml文件，得到domain的名称和网卡名称
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调用iptables命令
/etc/libvirt/hooks/qemu.d/enable_icmp.py
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解析domain的xml文件，得到domain的名称和网卡名称
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调用iptables命令
/etc/libvirt/hooks/qemu.d/update_cpu_share.py
-
解析domain的xml文件，得到domain的名称和网卡名称
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将2048写入cpu.shares文件，默认为1024
/etc/libvirt/hooks/qemu.d/add_tc.py
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解析domain的xml文件，得到domain的名称和网卡名称
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调用tc添加qdisc到虚拟网卡
我们最后测试一下
启动虚拟机virsh start ubuntutest4
在tail -f /tmp/hook.log中
运行iptables –nvL
查看/sys/fs/cgroup/cpu/machine/ubuntutest4.libvirt-qemu/cpu.shares
查看tc qdisc show dev vnet0
文件夹也创建了
删除虚拟机virsh destroy ubuntutest4
在tail -f /tmp/hook.log中
运行iptables –nvL
文件夹也删除了