วิธีจำกัดการใช้งาน CPU และ RAM ของกระบวนการด้วย Cgroups บน Ubuntu

ใน Ubuntu วิธีที่ปลอดภัยที่สุดในการจำกัดปริมาณงานด้วย cgroups คือการปล่อยให้ systemd สร้างและจัดการกลุ่มควบคุมเอง ใช้systemd-runสำหรับคำสั่งที่คุณกำลังเริ่มต้น หรือกำหนดค่าบริการ systemd เมื่อข้อจำกัดนั้นต้องคงอยู่หลังจากการรีสตาร์ท ตั้งCPUQuota=ค่าขีดจำกัดเวลา CPU ที่แน่นอน และเลือกระหว่างMemoryHigh=ค่าแรงดันและMemoryMax=ค่าขีดจำกัดหน่วยความจำที่แน่นอน ข้อจำกัดเหล่านี้ใช้กับหน่วยและกระบวนการลูกของมันด้วยกัน

cgroup (control group) คือกลไกในเคอร์เนลของลินุกซ์ที่จัดระเบียบกระบวนการต่างๆ เพื่อให้ระบบสามารถตรวจสอบและควบคุมการใช้ทรัพยากรได้ systemd ของ Ubuntu ได้จัดวางบริการต่างๆ ไว้ใน cgroup อยู่แล้ว ดังนั้นผู้ใช้ส่วนใหญ่จึงไม่จำเป็นต้องสร้างไดเร็กทอรี/sys/fs/cgroupด้วยตนเอง ตัวอย่างด้านล่างใช้ส่วนติดต่อควบคุมทรัพยากรของ systemd และควรตรวจสอบกับเวอร์ชัน systemd ที่ติดตั้งใน Ubuntu เวอร์ชันของคุณ

เลือกตัวควบคุมที่ตรงกับปัญหา

สำหรับเครื่อง Ubuntu ที่ใช้งานแบบโต้ตอบส่วนใหญ่ ขอบเขตชั่วคราว (transient scope) เป็นตัวเลือกที่รวดเร็วและสามารถย้อนกลับได้ สำหรับบริการที่ใช้งานจริง ให้ใช้หน่วยบริการ (service unit) เพื่อให้มีการบันทึกนโยบายและเรียกคืนได้เมื่อบูตเครื่อง ใช้ไฟล์ cgroup โดยตรงเฉพาะเมื่อคุณกำลังจัดการลำดับชั้นที่ได้รับมอบหมายอย่างตั้งใจ หรือกำลังสร้างเวิร์กโฟลว์คอนเทนเนอร์/รันไทม์

ตรวจสอบระบบ Ubuntu ก่อนตั้งค่าข้อจำกัด

ขั้นแรก ตรวจสอบว่า systemd พร้อมใช้งานหรือไม่ และระบบไฟล์ cgroup เป็น unified v2 หรือไม่:

systemctl --version
stat -fc %T /sys/fs/cgroup

ผลลัพธ์cgroup2fsจากคำสั่งที่สองบ่งชี้ว่าระบบไฟล์เป็นแบบ cgroup v2 ที่รวมกัน ระบบปฏิบัติการ Ubuntu และระบบที่ปรับแต่งเองอาจแตกต่างกัน ดังนั้นอย่าคิดว่าทุกเครื่องจะมีลำดับชั้นหรือคุณสมบัติของ systemd เหมือนกัน คุณสามารถตรวจสอบเวอร์ชัน systemd ปัจจุบันได้ด้วยคำสั่งแรก หากการเมานต์ cgroup ไม่ใช่ v2 คุณสมบัติของทรัพยากรหรือพฤติกรรมของคอนโทรลเลอร์บางอย่างอาจแตกต่างกัน โปรดศึกษาคู่มือ Ubuntu สำหรับเวอร์ชันที่ติดตั้งก่อนคัดลอกการกำหนดค่า

เลือกค่าต่างๆ หลังจากวัดปริมาณงานแล้ว เว้นพื้นที่ไว้สำหรับส่วนที่เหลือของระบบ และอย่าลืมว่าข้อจำกัดที่ตั้งไว้สำหรับบริการของผู้ใช้จะถูกจำกัดโดยข้อจำกัดใดๆ ที่ตั้งไว้สำหรับสไลซ์แม่ด้วย cgroup ย่อยไม่สามารถรับทรัพยากรได้มากกว่าที่ cgroup บรรพบุรุษอนุญาต

จำกัดคำสั่งที่คุณกำลังจะเริ่มต้น

สำหรับการเรียกใช้คำสั่งในเซสชันผู้ใช้ของคุณเอง ให้เรียกใช้คำสั่งนั้นในขอบเขตชั่วคราวด้วยsystemd-run --user --scopeตัวอย่างเช่น:

systemd-run --user --scope --unit=worker-capped \
  -p CPUQuota=50% \
  -p MemoryHigh=700M \
  -p MemoryMax=900M \
  -- python3 /opt/worker.py

แทนที่คำสั่ง Python ด้วยโปรแกรมที่คุณต้องการเรียกใช้งานจริง ตัวอย่างนี้กำหนดแบนด์วิดท์ CPU สูงสุดให้กับ cgroup เทียบเท่ากับครึ่งหนึ่งของ CPU หนึ่งตัว เริ่มจัดการแรงดันหน่วยความจำเมื่อถึง 700 MiB และตั้งค่าหน่วยความจำสูงสุดแบบฮาร์ดแวร์ไว้ที่ 900 MiB ค่าหน่วยความจำใช้หน่วยฐาน 1024 ของ systemd โควต้า100%หมายถึงเวลาใช้งานได้สูงสุดหนึ่ง CPU 200%สามารถใช้งานได้สูงสุดสอง CPU เมื่อมีให้ใช้งาน ไม่ได้หมายถึงเปอร์เซ็นต์ของคอร์ทั้งหมดในคอมพิวเตอร์

คำสั่งนี้จะทำงานในโหมดพื้นหน้าเนื่องจากเป็นขอบเขตการทำงาน เมื่อคำสั่งสิ้นสุดลง หน่วยชั่วคราวจะหายไป ลบ--userเฉพาะในกรณีที่คุณต้องการใช้ตัวจัดการระบบและมีสิทธิ์ที่จำเป็น สำหรับหน่วยชั่วคราวที่ครอบคลุมทั้งระบบ ให้เรียกใช้คำสั่งsudoโดยใช้ตัวเลือกคำสั่งที่เหมาะสม การตั้งค่าทรัพยากรอาจถูกปฏิเสธหากตัวจัดการหรือตัวควบคุม cgroup ไม่รองรับ

กำหนดข้อจำกัดให้กับบริการ systemd ที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง

สำหรับบริการเช่นworker.serviceให้สร้าง drop-in แทนการแก้ไขไฟล์หน่วยของผู้จำหน่าย เรียกใช้คำสั่งsudo systemctl edit worker.serviceและเพิ่ม:

[Service]
CPUQuota=50%
MemoryHigh=700M
MemoryMax=900M

บันทึกไฟล์ drop-in จากนั้นโหลดคำจำกัดความหน่วยของ systemd ใหม่ และรีสตาร์ทบริการเพื่อให้กระบวนการเริ่มต้นภายใต้นโยบายที่แก้ไขแล้ว:

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart worker.service

ควรกำหนดขีดจำกัดหน่วยความจำอย่างระมัดระวัง หากบริการไม่สามารถเรียกคืนหน่วยความจำได้เพียงพอต่ำกว่าMemoryMaxขีดจำกัดที่กำหนดไว้ เคอร์เนลอาจเรียกใช้กลไกการจัดการหน่วยความจำไม่เพียงพอภายใน cgroup นั้น ซึ่งอาจยุติกระบวนการหนึ่งหรือหลายกระบวนการในกลุ่มบริการและขัดจังหวะการทำงาน รูปแบบที่ปลอดภัยกว่ามักจะเป็นการตั้งค่าMemoryHighในระดับที่การเรียกคืนและการจำกัดการใช้งานเป็นที่ยอมรับได้ จากนั้นจึงตั้งค่าMemoryMaxให้สูงขึ้นเป็นขีดจำกัดสุดท้าย ทดสอบด้วยภาระงานสูงสุดที่สมจริงก่อนที่จะใช้งานขีดจำกัดที่เข้มงวด

ตรวจสอบอุปกรณ์และสังเกตพฤติกรรมของมัน

สำหรับออสซิลโลสโคปแบบชั่วคราว ให้ตรวจสอบสถานะโดยใช้ชื่อหน่วยที่คุณระบุไว้:

systemctl --user status worker-capped.scope
systemd-cgtop

สำหรับบริการระบบ ให้ละเว้น--userในคำสั่งสถานะ มุมมองสถานะจะยืนยันว่าหน่วยนั้นมีอยู่และทำงานอยู่systemd-cgtopแสดงการใช้งานทรัพยากรแบบเรียลไทม์ตามกลุ่มควบคุม หากต้องการตรวจสอบคุณสมบัติที่กำหนดค่าไว้ ให้สอบถามหน่วยโดยตรง เช่น:

systemctl --user show worker-capped.scope \
  -p CPUQuotaPerSecUSec -p MemoryHigh -p MemoryMax

ปริมาณหน่วยความจำที่รายงานสำหรับ cgroup ไม่จำเป็นต้องเท่ากับปริมาณหน่วยความจำที่ใช้จริงของกระบวนการใดกระบวนการหนึ่งเสมอไป เพราะมันรวมถึงหน่วยความจำที่ถูกเรียกเก็บจากกลุ่ม และอาจรวมถึงกระบวนการย่อยของเวิร์กโหลดด้วย ควรพิจารณาการตรวจสอบนี้เป็นหลักฐานแสดงถึงพฤติกรรมของเวิร์กโหลดนี้เมื่อเวลาผ่านไป ไม่ใช่เป็นเพียงตัวเลขเดียวที่จะนำไปใช้ในการปรับให้เหมาะสมโดยไม่คิดไตร่ตรอง

แล้วถ้ากระบวนการนั้นกำลังทำงานอยู่ล่ะ?

systemd-runคำสั่งนี้จะเริ่มต้นคำสั่งใหม่ภายในหน่วยใหม่ โดยจะไม่นำ PID ที่มีอยู่แล้วมาใส่ในขอบเขตนั้น หากกระบวนการนั้นเป็นส่วนหนึ่งของบริการ systemd ให้ใช้การตั้งค่ากับบริการนั้นด้วย drop-in หรือหากต้องการเปลี่ยนแปลงชั่วคราว ให้ใช้ รูปแบบ sudo systemctl set-property --runtime worker.service CPUQuota=50% MemoryHigh=700M MemoryMax=900Mนี้--runtimeเป็นแบบชั่วคราวและจะไม่แทนที่การกำหนดค่าบริการแบบถาวร

หากกระบวนการนั้นเป็นโปรแกรมปกติในเซสชันเดสก์ท็อปของคุณ วิธีที่ปลอดภัยและง่ายที่สุดคือการหยุดโปรแกรมแล้วเริ่มใหม่ภายใต้systemd-runการใช้คุณสมบัติกับส่วนที่กว้างกว่า เช่น ส่วนของผู้ใช้ทั้งหมด อาจส่งผลกระทบต่อแอปพลิเคชันที่ไม่เกี่ยวข้องหลายตัว การย้ายกระบวนการโดยการเขียน PID ลงในไฟล์ cgroup จำเป็นต้องควบคุมลำดับชั้นการมอบหมายที่เกี่ยวข้องและต้องเคารพกฎการจัดวางกระบวนการ cgroup v2 อย่าเขียนลงในไดเร็กทอรีที่จัดการโดย systemd โดยอาศัยการคาดเดา

วิธีการเลือกนโยบาย CPU และหน่วยความจำ

• ต้องการกำหนดขีดจำกัดการใช้งาน CPU ที่แน่นอนใช่ไหมเลือกค่านี้CPUQuota=ค่าที่ต่ำกว่าจะช่วยลดการใช้งาน CPU สูงสุด แต่จะทำให้การประมวลผลช้าลงและเพิ่มเวลาในการรอคิว
• ต้องการลำดับความสำคัญต่ำกว่าใช่ไหมลองพิจารณาใช้CPUWeight=แทนการกำหนดโควต้า การจัดสรรน้ำหนักจะแบ่งใช้ CPU ตามสัดส่วนการใช้งาน ไม่ได้สงวนเปอร์เซ็นต์คงที่หรือป้องกันการใช้งาน CPU ที่ว่างอยู่
• ต้องการจัดการแรงดันหน่วยความจำโดยไม่ให้หยุดทำงานทันทีใช่ไหม?ตั้งค่านี้MemoryHigh=เป็นเกณฑ์แรงดันหลัก แล้วสังเกตความหน่วงและพฤติกรรมการเรียกคืนหน่วยความจำ
• ต้องการขอบเขตการกักเก็บขั้นสุดท้ายหรือไม่?เพิ่มMemoryMax=พื้นที่ว่างให้เพียงพอสำหรับปริมาณสูงสุดปกติ เตรียมพร้อมรับมือกับพฤติกรรม OOM (Out of Ground) เมื่อไม่สามารถเคารพขอบเขตที่กำหนดได้
• กำลังใช้งานคอนเทนเนอร์อยู่แล้วใช่ไหม?ควรเลือกใช้แฟล็ก CPU และหน่วยความจำที่ตัวจัดการคอนเทนเนอร์รองรับ ซึ่งจะกำหนดค่า cgroups สำหรับคอนเทนเนอร์นั้นและเหมาะสมกับวงจรชีวิตของมัน

ไม่มีขีดจำกัดที่เหมาะสมที่สุดเพียงอย่างเดียวสำหรับทุกภาระงาน งานประมวลผลแบบแบตช์บนเดสก์ท็อปอาจยอมรับโควต้าต่ำและขีดจำกัดหน่วยความจำระดับปานกลางได้ ในขณะที่บริการที่ไวต่อความหน่วงอาจต้องการพื้นที่ CPU มากขึ้นและขีดจำกัดที่สูงขึ้นMemoryHighเพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักที่เกิดจากการเรียกคืนทรัพยากร เริ่มต้นอย่างระมัดระวัง ตรวจสอบเครื่องในระหว่างช่วงเวลาที่มีการใช้งานสูงสุด และปรับการตั้งค่าทีละอย่าง

เอกสารอ้างอิง

• เอกสารประกอบการใช้งาน Ubuntu: การควบคุมทรัพยากรด้วย cgroups และ systemd
• หน้าคู่มือการใช้งาน Ubuntu: systemd-run
• คู่มือ Ubuntu: systemd.resource-control
• เอกสารประกอบเคอร์เนล Linux: Control Group v2