如何使用 systemd-run 创建临时 Cgroup 来限制ad-hoc(临时命令)的资源消耗

地球上人的博爱将只可能以媚俗作态为基础——–《生命中不能承受之轻》

分享一些临时命令资源限制的笔记
博文内容涉及：
- systemd-run 限制 ad-hoc 资源消耗基本原理
- 前后台ad-hoc资源限制demo
理解不足小伙伴帮忙指正

地球上人的博爱将只可能以媚俗作态为基础——–《生命中不能承受之轻》

通过 systemd-run 命令我们可以创建一个临时的cgroup并且可以在这个cgroup中运行临时命令。从而达到对资源的限制。

这里其实是把临时命令封装为一个service 或者 scope 单元(systemd 的资源单位类型为：service、scope、slice)，然后单元放到了创建的 cgroup层级下(slice)用于资源管理。

service : 一个或一组进程，由 systemd 依据单位配置文件启动。service 对指定进程进行封装，这样进程可以作为一个整体被启动或终止。
scope : 一组外部创建的进程。由强制进程通过 fork() 函数启动和终止、之后被 systemd 在运行时注册的进程，scope 会将其封装。例如：用户会话、容器和虚拟机被认为是 scope。
slice : 一组按层级排列的单位。slice 并不包含进程，但会组建一个层级，并将 scope 和 service 都放置其中。真正的进程包含在 scope 或 service 中。在这一被划分层级的树中，每一个 slice 单位的名字对应通向层级中一个位置的路径。小横线（”-“）起分离路径组件的作用。

对Service、scope 单元做资源限制，也就是我们的临时命令，是通过指定单元中的属性来实现的。通过 -p 来传递

systemd-run -p MemoryLimit=5M --unit=name --scope --slice=slice_name command

当指定为 scope 的时候，作为前台进程存在的。命令如果有输出，会直接打印出来，即换句话讲，它是同步的，直接从 systemd-run 进程中启动。

systemd-run -p MemoryLimit=5M --unit=name --slice=slice_name command

当不指定为 scope ,默认是作为 service 存在。即后台非同步启动进程。它们从 systemd 进程中被调用

--unit=name 为单元生成的名字
--slice=slice_name: 为生成的 cgroup 层级的名字

-p MemoryLimit=5M 即向对应单元传递一个内存限制的参数，它等价于下面的操作

# 如需使用命令列来限定 httpd.service 的 CPU 和内存占用量，请输入：
systemctl set-property httpd.service CPUShares=600 MemoryLimit=500M
# 如希望此更改为临时更改，请添加 --runtime 选项：
systemctl set-property --runtime httpd.service CPUShares=600 MemoryLimit=500M

其他的参数可以通过帮忙文档查看 man systemd-run

因为是临时生成，所以通过上面的方式生成的单元文件，默认在 API文件系统 /run 下, 生命周期和临时的进程周期相同。

前台进程一种是需要设置 --scope,指定为一个scope资源，除非命令运行结束或者强制执行，否则会一直挂在前台

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemd-run -p  MemoryLimit=5M  -p CPUShares=100 --unit=sleep-10  --scope  --slice=test  sleep 10
Running scope as unit sleep-10.scope.
┌──[[email protected]]-[~]
└─$

上面为执行一个 sleep 10 的临时命令。对内存限制为5M。CPU限制为100m.，当前的 scope 资源单元为
sleep-10.scope. ,分配的 slice 为 test

上面的命令会这10秒后结束，对应的他的单元文件也会随之消失

允许被运行的命令访问终端

另一种是通过-t 命令将当前 bash 放到 service 单元中，

以临时服务的方式运行 /bin/bash 命令，并将其标准输入、标准输出、标准错误连接到当前的 TTY 设备上：

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemd-run  -p  MemoryLimit=5M  -p CPUShares=100 --unit=bash-limit   --slice=bash-test -t /bin/bash
Running as unit bash-limit.service.
Press ^] three times within 1s to disconnect TTY.

在生成的 bash Service 中我们可以运行交互命令，查看当前 Service 的单元文件

┌──[[email protected]]-[/]
└─$ systemctl cat bash-limit.service
# /run/systemd/system/bash-limit.service
# Transient stub

# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-CPUShares.conf
[Service]
CPUShares=100
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-Description.conf
[Unit]
Description=/bin/bash
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-Environment.conf
[Service]
Environment="TERM=xterm-256color"
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-ExecStart.conf
[Service]
ExecStart=
ExecStart=@/bin/bash "/bin/bash"
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-MemoryLimit.conf
[Service]
MemoryLimit=5242880
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-Slice.conf
[Service]
Slice=bash-test.slice
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-StandardError.conf
[Service]
StandardError=tty
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-StandardInput.conf
[Service]
StandardInput=tty
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-StandardOutput.conf
[Service]
StandardOutput=tty
# /run/systemd/system/bash-limit.service.d/50-TTYPath.conf
[Service]
TTYPath=/dev/pts/2

通过 systemctl status bash-limit.service 我们可以看到cgroup的相关信息

┌──[[email protected]]-[/]
└─$ systemctl status bash-limit.service
● bash-limit.service - /bin/bash
   Loaded: loaded (/run/systemd/system/bash-limit.service; static; vendor preset: disabled)
  Drop-In: /run/systemd/system/bash-limit.service.d
           └─50-CPUShares.conf, 50-Description.conf, 50-Environment.conf, 50-ExecStart.conf, 50-MemoryLimit.conf, 50-Slice.conf, 50-StandardError.conf, 50-StandardInput.conf, 50-StandardOutput.conf, 50-TTYPath.conf
   Active: active (running) since 六 2022-10-29 13:40:19 CST; 31s ago
 Main PID: 136529 (bash)
   Memory: 1.7M (limit: 5.0M)
   CGroup: /bash.slice/bash-test.slice/bash-limit.service
           ├─136529 /bin/bash
           └─136607 systemctl status bash-limit.service

10月 29 13:40:19 liruilongs.github.io systemd[1]: Started /bin/bash.
┌──[[email protected]]-[/]
└─$ bash
┌──[[email protected]]-[/]
└─$ bash

┌──[[email protected]]-[/]
└─$  systemctl status bash-limit.service
● bash-limit.service - /bin/bash
   Loaded: loaded (/run/systemd/system/bash-limit.service; static; vendor preset: disabled)
  Drop-In: /run/systemd/system/bash-limit.service.d
           └─50-CPUShares.conf, 50-Description.conf, 50-Environment.conf, 50-ExecStart.conf, 50-MemoryLimit.conf, 50-Slice.conf, 50-StandardError.conf, 50-StandardInput.conf, 50-StandardOutput.conf, 50-TTYPath.conf
   Active: active (running) since 六 2022-10-29 13:40:19 CST; 48s ago
 Main PID: 136529 (bash)
   Memory: 4.3M (limit: 5.0M)
   CGroup: /bash.slice/bash-test.slice/bash-limit.service
           ├─136529 /bin/bash
           ├─136613 bash
           ├─136630 bash
           └─136667 systemctl status bash-limit.service

10月 29 13:40:19 liruilongs.github.io systemd[1]: Started /bin/bash.

当单位被禁用并且其配置文件通过运行（下列行）被删除，永久 cgroup 会被释放：

┌──[[email protected]]-[/]
└─$ systemctl disable bash-limit.service --now
已终止

后台非守护进程

后台非守护进程不需要 --scope 参数，在后台执行，默认是一个 service

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemd-run -p  MemoryLimit=5M  -p CPUShares=100 --unit=sleep-50 --slice=test sleep 50
Running as unit sleep-50.service.
┌──[[email protected]]-[~]
└─$

我们可以通过命令查看状态

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemctl status sleep-50.service
● sleep-50.service - /usr/bin/sleep 50
   Loaded: loaded (/run/systemd/system/sleep-50.service; static; vendor preset: disabled)
  Drop-In: /run/systemd/system/sleep-50.service.d
           └─50-CPUShares.conf, 50-Description.conf, 50-ExecStart.conf, 50-MemoryLimit.conf, 50-Slice.conf
   Active: active (running) since 六 2022-10-29 01:29:29 CST; 10s ago
 Main PID: 33234 (sleep)
   Memory: 92.0K (limit: 5.0M)
   CGroup: /test.slice/sleep-50.service
           └─33234 /usr/bin/sleep 50

10月 29 01:29:29 liruilongs.github.io systemd[1]: Started /usr/bin/sleep 50.

通过 systemdctl cat 命令可以看到当前资源的配置文件，

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemctl cat sleep-50.service
# /run/systemd/system/sleep-50.service
# Transient stub

# /run/systemd/system/sleep-50.service.d/50-CPUShares.conf
[Service]
CPUShares=100
# /run/systemd/system/sleep-50.service.d/50-Description.conf
[Unit]
Description=/usr/bin/sleep 50
# /run/systemd/system/sleep-50.service.d/50-ExecStart.conf
[Service]
ExecStart=
ExecStart=@/usr/bin/sleep "/usr/bin/sleep" "50"
# /run/systemd/system/sleep-50.service.d/50-MemoryLimit.conf
[Service]
MemoryLimit=5242880
# /run/systemd/system/sleep-50.service.d/50-Slice.conf
[Service]
Slice=test.slice

超过50秒。Service 正常退出

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemctl status sleep-50.service
Unit sleep-50.service could not be found.
┌──[[email protected]]-[~]
└─$

后台守护进程

后台守护进程，需要一个一直运行的临时命令。不会死掉

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemd-run -p  MemoryLimit=5M  -p CPUShares=100 --unit=top-print --slice=test top -b

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemctl status top-print.service
● top-print.service - /usr/bin/top -b
   Loaded: loaded (/run/systemd/system/top-print.service; static; vendor preset: disabled)
  Drop-In: /run/systemd/system/top-print.service.d
           └─50-CPUShares.conf, 50-Description.conf, 50-ExecStart.conf, 50-MemoryLimit.conf, 50-Slice.conf
   Active: active (running) since 六 2022-10-29 00:48:54 CST; 1min 28s ago
 Main PID: 27206 (top)
   Memory: 824.0K (limit: 5.0M)
   CGroup: /test.slice/top-print.service
           └─27206 /usr/bin/top -b

10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 20108 etcd      20   0   57692   7352   4444 S...res
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 21323 pcp       20   0   96024   4220   2592 S...ger
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 22386 postfix   20   0   89892   4116   3092 S...kup
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 23131 root      20   0       0      0      0 S.../5+
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 23139 root      20   0       0      0      0 S.../0+
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 23158 root      20   0    4492    644    560 S...lo+
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 24193 etcd      20   0   60024  10420   5532 S...res
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 24938 root      20   0    4364    360    292 S...eep
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 25475 root      20   0       0      0      0 S.../2+
10月 29 00:50:15 liruilongs.github.io top[27206]: 25853 root      20   0       0      0      0 S.../1+
Hint: Some lines were ellipsized, use -l to show in full.

对应的资源文件

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemctl cat top-print.service
# /run/systemd/system/top-print.service
# Transient stub

# /run/systemd/system/top-print.service.d/50-CPUShares.conf
[Service]
CPUShares=100
# /run/systemd/system/top-print.service.d/50-Description.conf
[Unit]
Description=/usr/bin/top -b
# /run/systemd/system/top-print.service.d/50-ExecStart.conf
[Service]
ExecStart=
ExecStart=@/usr/bin/top "/usr/bin/top" "-b"
# /run/systemd/system/top-print.service.d/50-MemoryLimit.conf
[Service]
MemoryLimit=5242880
# /run/systemd/system/top-print.service.d/50-Slice.conf
[Service]
Slice=test.slice

查看归属，不同的Service。但是在一个同一个slice

┌──[[email protected]]-[~]
└─$ systemd-cgls | head -n 7
├─1 /usr/lib/systemd/systemd --system --deserialize 13
├─test.slice
│ ├─sleep-50.service
│ │ └─67803 /usr/bin/sleep 50
│ └─top-print.service
│   └─27206 /usr/bin/top -b
├─docker

关于如何使用 systemd-run 创建临时 Cgroup 来限制ad-hoc(临时命令)的资源消耗就和小伙伴分享到这里，更多参数特性请查看手册了解