docker cgroup 技术之memory（首篇）

docker cgroup 技术之memory（首篇）
　　测试环境centos7 ，内核版本4.20

内核使用cgroup对进程进行分组，并限制进程资源和对进程进行跟踪。内核通过名为cgroupfs类型的虚拟文件系统来提供cgroup功能接口。cgroup有如下2个概念:
- subsystem：用于控制cgroup中的进程行为的内核组件，可以在/proc/cgroups查看所有支持的subsystem，subsystem也别称为resource controller；第二列为croup id；第三列为cgroup中进程数目。
```
# cat /proc/cgroups
#subsys_name    hierarchy   num_cgroups enabled
    cpuset          8           6           1
    cpu             7           105         1
    cpuacct         7           105         1
    blkio           5           105         1
    memory          3           327         1
    devices         6           106         1
    freezer         4           6           1
    net_cls         2           6           1
    perf_event      11          6           1
    net_prio        2           6           1
    hugetlb         9           6           1
    pids            12          106         1
    rdma            10          1           1
```
- hierarchy：由cgroup组成的层级树，每个hierarchy都对应一个cgroup虚拟文件系统，每个hierarchy都有系统上的所有task，此外低level的hierarchy不能超过高level设定的资源上限
　　系统默认会挂载cgroup，路径为/sys/fs/cgroup，查看当前系统挂载的cgroup，可以看到在默认路径下挂载了所有的子系统。后续可以直接使用下述hierarchy作为父hierarchy。进程的cgroup可以在/proc/$pid/cgroup文件中查看。
```
# mount|grep cgroup
tmpfs on /sys/fs/cgroup type tmpfs (ro,nosuid,nodev,noexec,seclabel,mode=755)
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,xattr,release_agent=/usr/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/perf_event type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,perf_event)
cgroup on /sys/fs/cgroup/hugetlb type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,hugetlb)
cgroup on /sys/fs/cgroup/rdma type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,rdma)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,cpu,cpuacct)
cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,net_cls,net_prio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,cpuset)
cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,blkio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,freezer)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,memory)
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,pids)
cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel,devices)
```
cgroup有如下4个规则：
1. - 一个hierarchy可以有一个或多个subsystem，这个从/sys/fs/cgroup中可以看出来cpu和cpuacct可以同属于一个hierarchy，而memory则仅属于一个hierarchy；
  - 一个subsystem不能挂载到一个已经挂载了不同subsystem的hierarchy上(下面讲)；
  - 一个task不能同时存在于同一个hierarchy下的两个cgoup中，但可以存在于不同类型的hierarchy中；如下例中，在hierarchy memory中创建2个cgroup mem1和mem2，可以看到将当前bash进程写入到mem2/tasks之后，mem1/tasks中的内容就会被清空。注：删除cgroup之前需要退出所有attach到该cgroup的进程，如下面的进程为bash，exit退出即可
```
[root@ memory]# echo $$
9439
[root@ memory]# echo $$ > mem1/tasks 
[root@ memory]# cat mem1/tasks 
9439
9680
[root@ memory]# echo $$ > mem2/tasks 
[root@ memory]# cat mem2/tasks 
9439
9693
[root@ memory]# cat mem1/tasks 
[root@ memory]# 
```
相同类型subsystem的hierarchy为同一个hierarchy，如下例中创建一个包含memory subsystem的hierarchy，它与/sys/fs/cgroup下面的memory是一致的，在cgrp1中创建一个名为mem1的cgroup。在/sys/fs/cgroup/memory下可以看到新创建的mem1
```
[root@ cgroup]# mount -t cgroup -o memory mem cgrp1/
[root@ cgroup]# cd cgrp1/
[root@ cgrp1]# mkdir mem1
```
1. - 子进程会继承父进程的hierarchy，但可以将子进程调整到其他cgroup。下例中可以看到子进程同样受到父进程hierarchy的限制
```
[root@ mem1]# echo $$
10928
[root@ mem1]# echo $$>tasks
[root@ mem1]# cat /proc/10928/cgroup 
11:devices:/user.slice
10:perf_event:/
9:pids:/user.slice
8:freezer:/
7:cpuacct,cpu:/
6:hugetlb:/
5:memory:/mem1
4:cpuset:/
3:net_prio,net_cls:/
2:blkio:/
1:name=systemd:/user.slice/user-1000.slice/session-1.scope

[root@ mem1]# bash #创建一个子进程
[root@ mem1]# echo $$
11402
[root@ mem1]# cat /proc/11402/cgroup 
11:devices:/user.slice
10:perf_event:/
9:pids:/user.slice
8:freezer:/
7:cpuacct,cpu:/
6:hugetlb:/
5:memory:/mem1
4:cpuset:/
3:net_prio,net_cls:/
2:blkio:/
1:name=systemd:/user.slice/user-1000.slice/session-1.scope
```
　　从上面可以看到，subsystem相同的hierarchy是被重复使用的；当创建一个新的hierarchy时，如果使用的subsystem被其他hierarchy使用，则会返回EBUSY错误。如/sys/fs/cgroup中已经在cpuset和memory中单独使用了名为cpuset和memory的subsystem，则重新创建一个包含了它们的hierarchy会返回错误
```
[root@ cgroup]# mount -t cgroup -o cpuset,memory mem1 cgrp1/
mount: mem1 is already mounted or /cgroup/cgrp1 busy
```
可以创建没有subsystem的hierarchy，默认包含如下文件:
- tasks：包含了attach到该cgoup的pid。如上述例子中所示，将进程pid写入到该文件会将进程转移到该cgroup。(cgroupv2中移除了该文件，使用cgroup.procs)
- cgroup.procs：包含了线程的group id。将一个线程的group id写入该文件，会将该group下的所有线程转移到该cgroup。(cgroupv2中该文件的定义与cgroupv1中tasks文件的意义类似)
- notify_on_release：flag文件，用来判断是否执行release_agent
- release_agent：如果cgroup中使能notify_on_release，cgroup中的最后一个进程被移除，最后一个子cgroup也被删除时，cgroup会主动通知kernel。接收到消息的kernel会执行release_agent文件中指定的程序
```
[root@ cgroup]# mount -t cgroup -onone,name=cgrp1 mycgroup  cgrp1/
[root@ cgroup]# cd cgrp1/
[root@ cgrp1]# ll
total 0
-rw-r--r--. 1 root root 0 Jan  2 23:54 cgroup.clone_children
--w--w--w-. 1 root root 0 Jan  2 23:54 cgroup.event_control
-rw-r--r--. 1 root root 0 Jan  2 23:54 cgroup.procs
-r--r--r--. 1 root root 0 Jan  2 23:54 cgroup.sane_behavior
-rw-r--r--. 1 root root 0 Jan  2 23:54 notify_on_release
-rw-r--r--. 1 root root 0 Jan  2 23:54 release_agent
-rw-r--r--. 1 root root 0 Jan  2 23:54 tasks
```
上面为cgroup使用的一般规则，下面讲解memory cgroup

linux memory基础知识

　　以32位系统为例讲解下linux内存分布。linux内存分为用户空间和内核空间，用户空间占用0~3G的内存，内核空间占用3~4G的内存。从下图中可以看到用户空间的进程地址均为动态映射(即虚拟地址和物理地址的映射，如使用malloc申请到的内存为虚拟内存，只有对该内存进行访问时才会进行虚拟内存到物理内存的映射查找），而内核空间主要分为了2种内存区域，物理页面映射区和内核地址空间，前者可以直接访问物理地址且不会触发缺页异常(物理页面直接映射)，而后者与用户空间用法一样，为动态映射。

　　当用户空间使用malloc等系统调用申请内存时，内核会检查线性地址对应的物理地址，如果没有找到会触发一个缺页异常，进而调用brk或do_map申请物理内存(brk申请的内存通常小于128k)。而对于内核空间来说，它有2种申请内存的方式，slab(也有slob和slub)和vmalloc：
- slab用于管理内存块比较小的数据，可以在/proc/slabinfo下查看当前slab的使用情况，该文件下的slab主要分为3种：模块特定的slab，如UDPv6；为kmalloc使用的slab，如kmalloc-32(32代表32b)；申请ZONE-DMA区域的slab，如dma-kmalloc-32。kmalloc和dma-kmalloc都属于普通的slab。可以看到kmalloc申请的内存为物理内存，且是连续内存，一般用于处理小内存(一般小于128 K)申请的场景；
- vmalloc操作的内存空间为VMALLOC_START～4GB，它与kmalloc操作的内存空间不存在冲突。vlmalloc申请的内存在物理上可能是不连续的，主要用于解决内存碎片化的问题，因为可能存在缺页异常且内存分布比较散，因此适用于申请内存比较大且效率要求不高的场景。可以在/proc/vmallocinfo中查看vmalloc的内存分布情况。
用户空间和内核空间申请内存的方式如下：

linux使用"伙伴关系"算法来管理空闲的内存资源，可以在/proc/buddyinfo中查看当前空闲的内存分布情况，注意到slab申请物理内存时并没有缺页异常。（Linux使用分页机制管理物理内存，将物理内存划分为4k大小的页面(使用getconf PAGESIZE查看当前系统页大小)，当用户使用malloc申请内存时可以以kb为单位指定内存大小，但内核在申请内存时是以页为单位申请实际的物理内存。linux系统的针对大内存分配通过“伙伴关系”算法进行维护，可以在/proc/buddyinfo文件中查看当前空闲内存的划分。buddyinfo使用list保存了连续的物理内存，申请内存时会遍历该list，找到合适的内存并将其从该list上移除，将其注册到内存的tables上。

linux 内存回收

　　linux使用LRU(least recently used)来回收内存页面，LRU维护2个list，active和inactive，每个list上维护了2种类型的内存映射：文件映射（file）和匿名映射（anon），所以LRU上的内存也就分为了Active（anon）、Inactive（anon）、Active（file）和Inactive（file）4种类型，对应memory.stat中的inactive_anon，active_anon，inactive_file，active_file。匿名映射包含使用malloc或mmap(MAP_ANONYMOUS方式)申请的内存以及swap cache和shmem(见下)，其内存不对应具体的文件，故称为匿名映射；文件映射对应的内存又称为file-backed pages，包含进程的代码、映射的文件，在运行一个新的程序时该内存会增加。

　　当系统出现内存不足时，首先会想到使用free命令查看当前系统的内存情况，如下例中，系统free内存为65M，available为85M，多出的20M为buff/cache中可以释放的部分。swap用于在内存不足时将数据从内存swap到硬盘上。
```
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         660          65          28         246          85
Swap:          2047          51        1996
```
　　使用free命令可以看到内存的大致情况，如果需要更详细的信息，就需要结合/proc/meminfo文件。/proc/meminfo文件中一般只要关注与LRU相关的内存即可，即Active（anon）、Inactive（anon）、Active（file）和Inactive（file）。需要注意的是，内核在统计内存时，只统计产生了缺页异常的内存(即实际的物理内存)，如果只是申请了内存，而没有对内存进行访问，则不会加入统计。

　　其中Active(file)+Inactive(file)+Shmem=Cached+Buffers(如果内存没有指定mlock)，Buffers主要用于块设备的存储缓存，该值通常比较小，所以Active(file)+Inactive(file)+Shmem通常也可以认为是Cached，Cached表示了当前的文件缓存。Shmem表示share memory和tmpfs+devtmpfs占用内存空间的总和（由于share memory就是tmpfs实现的，实际上shemem就是各种tmpfs实现的内存的总和。可以使用ipcs查看共享内存大小，使用df -k查看挂载的tmpfs文件系统），该值与free命令的shared相同。所有tmpfs类型的文件系统占用的空间都计入共享内存。注：ipc中共享内存，消息队列和信号量的底层实现就是基于tmpfs的。

下面创建一个200M的tmpfs的文件系统，可以看到在创建前后内存并没有变化，原因是此时并没有访问内存，/tmp/tmpfs的空间利用率为0%
```
# mkdir /tmp/tmpfs 
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         673          63          29         235          70
Swap:          2047          58        1989
# mount -t tmpfs -o size=200M none /tmp/tmpfs/
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         674          62          29         235          70
Swap:          2047          58        1989
# df -k
Filesystem              1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
...
none                       204800       0    204800   0% /tmp/tmpfs
```
在上述文件系统下创建一个100M的文件，再次查看内存，可以看到shared增加了100M。查看/proc/meminfo，可以看到Shmem和Cached都增加了100M
```
# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         574         253          28         144         212
Swap:          2047         157        1890
[root@ tmpfs]# dd if=/dev/zero of=/tmp/tmpfs/testfile bs=100M count=1
[root@ tmpfs]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         568         162         128         241         119
Swap:          2047         162        1885
```
在/proc/meminfo中还有一个Mapped值，用于统计映射的文件的大小。下面使用mmap映射上面生成的100M大小的testfile，注意mmap的选项为MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED，它会创建一个匿名映射，实际上也是tmpfs的实现。下面需要有一个memset操作，否则这块内存不会被统计进去
```
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
    void *ptr;
    int fd;

    fd = open("testfile", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open()");
        exit(1);
    }
    ptr = mmap(NULL, 1024*1024*100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED, fd, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("open()");
        exit(1);
    }
    memset(ptr,0,1024*1024*100);
    getchar();
    return 0;
}
```
执行前查看当前的内存
```
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         538         174         128         260         140
Swap:          2047         192        1855
# ./mmap
```
在另外一个shell界面查看内存，可以看到shared增加了100M，对比/proc/meminfo前后差距，可以看到Mapped增加了100M，Shmem增加了100M，Inactive(anon)也增加了100M。结束进程后，申请的内存会被释放。
```
# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            972         536          65         228         370          37
Swap:          2047         194        1853
```
但Mapped并不是Shmem的子集，上述代码的mmap仅使用MAP_SHARED时不会增加Shmem大小，仅表示映射的文件大小。

AnonPages表示不包含Shmem的匿名映射，AnonPages=Active(anon)+Inactive(anon)-Shmem

“Mlocked”统计的是被mlock()系统调用锁定的内存大小。被锁定的内存因为不能pageout/swapout，会从Active/Inactive LRU list移到Unevictable LRU list上。也就是说，当”Mlocked”增时，”Unevictable”也同步增加，而”Active”或”Inactive”同时减小；当”Mlocked”减小的时候，”Unevictable”也同步减小，而”Active”或”Inactive”同时增加。由于swap会影响进程处理内存的效率，对内存进行锁定可以避免这段进程被交换到硬盘，增加数据处理效率

linux进程内存空间

32位系统下，linux中所有进程使用的内存布局如下:

使用pmap可以查看进程内存段的简要信息，借此可以初步判定是否存在内存泄漏或内存占用过大的地方。pmap命令主要从/proc/$pid/smaps中获取数值。如下代码创建并使用100M内存
```
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
    int i=0;
    char *p = malloc(1024*1024*100);
    memset(p,1,1024);
    getchar();
    return 0;
}
```
编译并执行上述代码，使用pmap查看该进程的内存分布如下，可以看到有一个100M(102404K)大小的匿名内存占用，即malloc申请的内存，此外也可以看到动态库libc占用的内存，以及该进程的栈大小(栈默认8M，可以使用ulimit -a查看)。更多参见Linux进程内存布局
```
# pmap -x 52218
52218:   ./test
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
0000000000400000       4       4       0 r-x-- test
0000000000600000       4       4       4 r---- test
0000000000601000       4       4       4 rw--- test
00007f4b47564000  102404       4       4 rw---   [ anon ]
00007f4b4d965000    1800     256       0 r-x-- libc-2.17.so
00007f4b4db27000    2048       0       0 ----- libc-2.17.so
00007f4b4dd27000      16      16      16 r---- libc-2.17.so
00007f4b4dd2b000       8       8       8 rw--- libc-2.17.so
00007f4b4dd2d000      20      12      12 rw---   [ anon ]
00007f4b4dd32000     136     112       0 r-x-- ld-2.17.so
00007f4b4df39000      12      12      12 rw---   [ anon ]
00007f4b4df51000       8       4       4 rw---   [ anon ]
00007f4b4df53000       4       4       4 r---- ld-2.17.so
00007f4b4df54000       4       4       4 rw--- ld-2.17.so
00007f4b4df55000       4       4       4 rw---   [ anon ]
00007ffc73bf9000     132      16      16 rw---   [ stack ]
00007ffc73cd5000       8       4       0 r-x--   [ anon ]
ffffffffff600000       4       0       0 r-x--   [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB          106620     468      92
```
linux可以使用如下3种方式回收LRU上的内存：
- 使用kswapd 进行周期性检查，由上面图可以看到，linux的内存被分为不同的zone，每个zone中都有3个字段：page_min,page_low,page_high(参见/proc/zoneinfo)，kswapd依据这3个值进行内存回收(参见min_free_kbytes)，需要注意的是，/proc/zoneinfo的值类型为pages，而/proc/sys/vm/min_free_kbytes的类型为kb，如下例中，计算公式为：
(8+1485+15402)*4=16895，基本等于67584
```
# cat min_free_kbytes
67584
#  cat /proc/zoneinfo |grep -E "zone|min"
Node 0, zone      DMA
        min      8
Node 0, zone    DMA32
        min      1485
Node 0, zone   Normal
        min      15402
```
linux 32位和64位定义的zone是不同的，可以在/proc/zoneinfo中查看zone的具体信息；注：numa场景下每个内存被划分到不同的node，每个node含独立的zone，关系如下：

如下可以查看Node0 包含的zone(本机器只有一个node)
```
# cat zoneinfo |grep Node
Node 0, zone      DMA
Node 0, zone    DMA32
```
- 内存严重不足时触发OOM-killer，当kswapd回收后仍然不满足需求时才会触发该机制；
- 使用/proc/sys/vm/drop_caches手动释放内存。
用户进程的内存页分为两种：file-backed pages（与文件对应的内存页），和anonymous pages（匿名页），比如进程的代码、映射的文件都是file-backed，而进程的堆、栈都是不与文件相对应的、就属于匿名页。file-backed pages在内存不足的时候可以直接写回对应的硬盘文件里，称为page-out，不需要用到交换区(swap)。/proc/meminfo中有一个dirty字段(所有的drity=Dirty+NFS_Unstable+Writeback)，为了维护数据的一致性，内核在清空内存前会对内存中的数据进行写回操作，此时内存中的数据也被称为脏数据，如果需要清空的内存比较大，可能会消耗大量系统io资源；而anonymous pages在内存不足时就只能写到硬盘上的交换区(swap)里，称为swap-out，匿名页即将被swap-out时会先被放进swap cache，在数据写入硬盘后，swap cache才会被free。下面为swap-out和swap-in的流程.。注：tmpfs也可以被swap-out;cached不包含swap cache。swap 和file-backed可以参见该文档
```
[swap-out]
 Make a page as swapcache → unmap → write out → free
[swap-in]
 Alloc page → make it as swapcache → read from disk → map it.
```
更多linux内存的信息可以参见这里

memory cgroup 对内存的限制

内核扩展

　　cgroup内存的回收与上述linux系统的回收机制类似，每个cgroup都有对应的LRU，当内存cgroup的内存达到限定值时会触发LRU上的内存回收。需要注意的是cgroup无法控制全局LRU的内存回收，因此在系统内存匮乏的时候，会触发全局LRU上内存的swap操作，此时cgroup无法限制这种行为(如cgroup限制了swap的大小为1G，但此时可能会超过1G)。下图可以看出cgoup的LRU控制的内存也在全局LRU所控制的范围内。

memory cgroup的主要作用如下：
1. 1. 限制memory(含匿名和文件映射，swap cache)
  2. 限制swap+memory
  3. 显示cgroup的内存信息
  4. 为每个cgroup设置softlimit
　　memory cgroup中以 memory.kmem.开头的文件用于设置cgroup的内核参数，这些功能被称为内核内存扩展(CONFIG_MEMCG_KMEM)，用于限制cgroup中进程占用的内核内存资源，一般用的比较少。内核内存不会使用swap。系统默认会开启这些功能，可以使用如下命令查看是否打开：
```
# cat /boot/config-`uname -r`|grep CONFIG_MEMCG
CONFIG_MEMCG=y
CONFIG_MEMCG_SWAP=y
CONFIG_MEMCG_SWAP_ENABLED=y
CONFIG_MEMCG_KMEM=y
```
cgroup中内核内存和用户内存有如下限制关系(U表示用户内存，K表示内核内存)：
1. U != 0,K > ulimited：这是典型的memory cgroup方式，仅对用户内存进行限制
2. U !=0,K<U: 当内核内存低于内存时，当前实现下不会触发内存回收机制，一般不会采用这种使用方式
3. U !=0,K>=U: 这种情况下会触发内存回收，主要用于系统管理员对内核内存的限制和跟踪
cgroup设置用户内存

　　cgoup对用户内存的限制主要是memory.limit_in_bytes和memory.memsw.limit_in_bytes。后者用于限制swap+memory的大小，前者则不限制swap。后者的值要不小于前者，因此在设置的时候优先设置memory.limit_in_bytes的值，当memory.limit_in_bytes==memory.memsw.limit_in_bytes时表示cgroup不使用swap

当新创建一个cgroup的时候，memory.limit_in_bytes和memory.memsw.limit_in_bytes默认不会对内存进行限制，使用所有的系统内存。
- 首先设置memory.limit_in_bytes和memory.memsw.limit_in_bytes的限定值为4M，此时不会使用swap
```
# echo 50M > memory.limit_in_bytes
# cat memory.limit_in_bytes
52428800

# echo 50M > memory.memsw.limit_in_bytes
# cat memory.memsw.limit_in_bytes
52428800
```
- 将当前bash设置到tasks中，并尝试使用dd命令创建一个100M的文件，此时会触发OOM-killer机制，查看memory.max_usage_in_bytes和memory.max_usage_in_bytes，均为52428800(即50M)
```
# echo $$ > tasks
# dd if=/dev/zero of=/home/testfile bs=100M count=1
Killed
```
- 将memory.memsw.limit_in_bytes设置为系统默认值(可以在root cgroup的memory.memsw.limit_in_bytes中查看)，此时可以看到创建成功。memory.max_usage_in_bytes中显示的内存使用最大值为50M,而memory.memsw.max_usage_in_bytes中的内存使用最大值大于100M
```
# echo 9223372036854771712 > memory.memsw.limit_in_bytes
# dd if=/dev/zero of=/home/testfile bs=100M count=1
1+0 records in
1+0 records out
104857600 bytes (105 MB) copied, 0.740223 s, 142 MB/s
# cat memory.max_usage_in_bytes
52428800
# cat memory.memsw.max_usage_in_bytes
113299456
```
memory.force_empty主要用于在执行rmdir删除cgroup时尽量清空cgroup占用的内存。类似echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
```
# cat memory.usage_in_bytes
86016
# echo 1 > memory.force_empty
# cat memory.usage_in_bytes
0
```
memory.stat中的字段解析如下：
```
# per-memory cgroup local status
cache           - # of bytes of page cache memory.
rss             - # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes transparent hugepages). #非正真的进程rss
rss_huge        - # of bytes of anonymous transparent hugepages.
mapped_file     - # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
pgpgin          - # of charging events to the memory cgroup. The charging event happens each time a page is accounted as either mapped anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
pgpgout         - # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
swap            - # of bytes of swap usage
dirty           - # of bytes that are waiting to get written back to the disk.
writeback       - # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to disk.
inactive_anon    - # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive LRU list.
active_anon     - # of bytes of anonymous and swap cache memory on active LRU list.
inactive_file    - # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
active_file     - # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
unevictable     - # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).

# status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
hierarchical_memory_limit - # of bytes of memory limit with regard to hierarchy under which the memory cgroup is
hierarchical_memsw_limit - # of bytes of memory+swap limit with regard to hierarchy under which memory cgroup is.
```
memory.swappiness用于设置发生swap时内存的比例，设置值为[0,100]，100表示积极使用swap，0表示优先使用内存。cgroup中的swappiness作用与全局swappiness大体类似，用于限制本group中的swap使用。但cgroup中的swappiness在设置为0时完全禁止swap，而全局在内存不足时依然会使用swap，因此当cgroup中swappiness设置为0时更容易发生OOM-kill。root cgroup中的swappiness设置对应全局swappiness。注：swappiness用于设置发生swap的内存比例，如设置为60，表示内存在%(100-60)时开始发生swap。swappiness的设置建议如下
```
vm.swappiness = 0 ：仅在内存不足的情况下--当剩余空闲内存低于vm.min_free_kbytes limit时，使用交换空间。
vm.swappiness = 1 ：进行最少量的交换，而不禁用交换。
vm.swappiness = 10：当系统存在足够内存时，推荐设置为该值以提高性能。
vm.swappiness = 60：系统默认值。这样回收内存时，对file-backed的文件cache内存的清空比例会更大，内核将会更倾向于进行缓存清空而不是交换
vm.swappiness = 100：内核将积极的使用交换空间。
```
memory.failcnt 和memory.memsw.failcnt用于内存达到上限的次数，分别对应memory.limit_in_bytes和memory.memsw.limit_in_bytes。可以使用echo 0>memory.failcnt重置。

memory.use_hierarchy用于设置cgroup内存的继承管理，如下图在设置了memory.use_hierarchy=1后，e group的内存会累计到它的祖先c和root。如果某个祖先的内存使用达到上限，则会在该祖先和它的子group中发生内存回收
```
       root
     /  |   
    /   |    
   a    b     c|       
        d        e
```
如下图在root cgroup下面创建一个子cgroup test1，在test1下面创建test2 和test3
```
      root
        |
        |
      test1
       / 
      /   
   test2  test3
```
在test1中设置不适用swap，且内存上限为100M，查看当前内存使用为0
```
# echo 100M > memory.limit_in_bytes
# echo 100M > memory.memsw.limit_in_bytes
# cat memory.usage_in_bytes
0
```
使用如下命令创建一个可执行文件，用于申请30M的内存，执行该程序，并将进程添加到test2 cgroup(注：进程只有在添加到cgroup之后的内存申请才受croup的限制，因此在t2进程添加到test 2 cgroup之后，回到t2进程执行界面，执行回车以执行malloc操作），可以看到test2 cgroup的内存使用为30M
```
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main(int argc,char **argv)
{
    getchar();
    void *mem=malloc(30*1024*1024);
    memset(mem,0,30*1024*1024);
    getchar();
    return 0;
}
```
```
# echo 15570 > tasks
# cat tasks
15570
# cat memory.usage_in_bytes
31588352
```
在test1 cgroup中查看内存使用，约30M
```
# cat memory.usage_in_bytes
31465472
```
创建t3进程，用于申请50M内存，操作同t2进程，在test1 cgroup下查看内存消耗，约80M
```
# cat memory.usage_in_bytes
83902464
```
修改t3进程申请内存的大小=100M，此时test1 cgroup的子cgrou总内存消耗超过了它的上限100M，在t3加入到test3的cgroup之后，在申请内存时会被oom-kill掉
```
# ./t3

Killed
```
memory.use_hierarchy可以限制一个cgroup的总内存大小。当有子cgroup或父cgroup的use_hierarchy enabled时，无法修改该值

memory.soft_limit_in_bytes用于调节内存的使用，该值不能大于memory.limit_in_bytes。当系统发现内存不足时，系统会尽量将cgroup中的内存回退到memory.soft_limit_in_bytes设定的内存值以下。

memory.move_charge_at_immigrate用于控制线程在不同cgroup间移动时对内存charge的动作。当设置为1时，当线程移动到另一个cgroup时，其申请的内存页也会移动到另一个cgroup。默认不会。需要注意的是，转移的线程必须是该线程组的主线程，且目标内存充足时才能迁移成功，否则会失败，同时需要在目的cgroup中设置memory.move_charge_at_immigrate。设置该值会影响效率，如果内存过大，可能会消耗过长时间。

使用上面的代码进行测试。创建一个新的cgroup test4且设置其memory.move_charge_at_immigrate=1。test1，test2和test3启用use_hierarchy功能，限定内存上限为100M
```
# cat memory.use_hierarchy
1
# cat memory.limit_in_bytes
104857600
# cat memory.memsw.limit_in_bytes
104857600
```
新的cgroup组织如下：
```
      root
      / 
     /   
  test1  test4
   / 
  /   
test2  test3
```
使用程序t2申请30M内存，将其加入test2 tasks中，此时在test1 cgroup中可以看到其使用的内存约30M；使用t3申请80M内存，当然此时t3无法加入test3的tasks中。将t2迁移到test4 cgroup中，查看test1 cgroup的内存使用，其变为了0
```
# cat memory.usage_in_bytes
0
```
此时将t3加入test3 cgroup，加入成功，查看test1 cgroup的内存使用，使用约80M，而test4 cgroup的内存使用约30M
```
# cat memory.usage_in_bytes
83894272
```
memory.oom_control用于控制oom-kill的行为，默认启动oom-kill，当内存不足时，oom-kill可能会进行内存回收。设置memory.oom_control=1时disable oom-kill，此时当进程监测到内存不足时会进入挂起或睡眠状态

仍然使用上述代码创建t1，申请100M内存，同时设置memory.oom_control=1，将其加入test1 cgroup，在t1申请内存之前，可以看到其进程状态为S+
```
# ps -aux|grep test1
...
root      21382  0.0  0.0   4212   356 pts/11   S+   23:24   0:00 ./test1
```
t1申请内存，可以看到其进程状态变为了D+。可以通过释放test1 cgroup的内存(杀死或转移其他进程)或扩大内存上限(如echo 200M > memory.memsw.limit_in_bytes)来重新激活t1进程
```
# ps -aux|grep test1
...
root      21382  0.1 10.2 116856 102520 pts/11  D+   23:24   0:00 ./test1
```
cgroup.event_control用来与memory.oom_control配合，在触发oom-kill的时候给出事件通知。事件级别有low，medium和critical三种，事件传递有default，hierarchy，local三种示例代码可以参考memory_example-usage，该代码运行时，当cgroup的内存触发oom-kill的时候会给出"mem_cgroup oom event received"的提示。

TIPs：
- 可以使用ps -aux，在RSS一列中查看进程占用的物理内存空间，RSS定义可以查看内存耗用：VSS/RSS/PSS/USS 的介绍。ps -aux显示的进程的RSS与/proc/$pid/status中的RSS值相同，等于/proc/$pid/smap的所有RSS的和，RSS包含进程memory-mapped(使用lsof查看)文件，不包含打开的文件(/proc/$pid/fd)cache。
- 使用top命令可以查看进程正在使用的swap的大小，执行top命令，按F，选择SWAP回车即可
- 在手动drop cache前可以执行sync，让脏数据直接写回到文件中，这样可以释放更多内存
- 由于无法设置root cgroup的限制，因此内存回收机制在root cgroup中是不起作用的。
- 当一个task从一个cgroup迁移到另一个cgroup的时候，它的charge(匿名页，文件cache和swap cache)默认是不会随之迁移的。因此当一个cgroup中没有任何task的时候，不代表其不占用任何内存(memory.move_charge_at_immigrate)。
- 将一个一般的 pid 写入到 tasks 中，只有这个 pid 对应的线程，以及由它产生的其他进程、线程会属于这个控制组。而把 pid 写入 cgroups.procs，操作系统则会把找到其所属进程的所有线程，把它们统统加入到当前控制组。
参考：

https://segmentfault.com/a/1190000006917884

http://man7.org/linux/man-pages/man7/cgroups.7.html

http://www.haifux.org/lectures/299/netLec7.pdf

https://files-cdn.cnblogs.com/files/lisperl/cgroups%E4%BB%8B%E7%BB%8D.pdf

https://www.cnblogs.com/AlwaysOnLines/p/5639713.html

https://www.cnblogs.com/wuchanming/p/4465155.html

https://github.com/digoal/blog/blob/master/201701/20170111_02.md

http://linuxperf.com/?cat=7
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