2026 速通Linux内核驱动（视频＋答疑＋开发板＋就业指导）

文章目录

• 一、CPU 与 CGroup
• 二、限制进程的 CPU 资源占用
• 三、cpu.shares：多个 cgroup 组的权重划分
• 四、sched_autogroup

沉淀、分享、成长，让自己和他人都能有所收获！😄

CGroup 的全称是 Control Group，是容器实现环境隔离的两种关键技术之一，它对很多子系统提供精细化的控制的能力，比如下面这些：

• CPU
• 内存
• IO
• 网络CGroup 的所有操作都是基于 cgroup virtual filesystem，这个文件系统一般挂载在 /sys/fs/cgroup 目录下，通过 ls 查看这个目录信息如下：

$ ls -l /sys/fs/cgroup drwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 blkiolrwxrwxrwx.1 root root 11 Dec  603:07 cpu -> cpu,cpuacctdrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 cpu,cpuacctlrwxrwxrwx.1 root root 11 Dec  603:07 cpuacct -> cpu,cpuacctdrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 cpusetdrwxr-xr-x.4 root root  0 Dec  603:07 devicesdrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 freezerdrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 hugetlbdrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 memorylrwxrwxrwx.1 root root 16 Dec  603:07 net_cls -> net_cls,net_priodrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 net_cls,net_priolrwxrwxrwx.1 root root 16 Dec  603:07 net_prio -> net_cls,net_priodrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 perf_eventdrwxr-xr-x.2 root root  0 Dec  603:07 pidsdrwxr-xr-x.4 root root  0 Dec  603:07 systemd

通过这个目录，可以看到 CGroup 可以控制的子系统。其中 CPU 和 memory 我们日常关注是最多的，接下来我们来看看 CGroup 与 CPU 相关的内容。

一、CPU 与 CGroup

在对应的子系统中创建一个目录就可以创建一个 cgroup 了，我们 cd 进入 cpu 目录，然后创建一个目录 A：

$ cd /sys/fs/cgroup/cpu$ mkdir A

cgroup 会自动在 A 目录中创建需要的文件：

$ cd /sys/fs/cgroup/cpu$ ls -l Atotal 0-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cgroup.clone_children--w--w--w-.1 root root 0 Dec 1402:47 cgroup.event_control-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cgroup.procs-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpu.cfs_period_us-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpu.cfs_quota_us-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpu.rt_period_us-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpu.rt_runtime_us-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpu.shares-r--r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpu.stat-r--r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpuacct.stat-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpuacct.usage-r--r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 cpuacct.usage_percpu-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 notify_on_release-rw-r--r--.1 root root 0 Dec 1402:47 tasks

二、限制进程的 CPU 资源占用

启动 busy -j4，启动 4 个死循环的线程，此时在我双核的虚拟机上，进程会跑满 200% 的 CPU 资源。

$ ./busy -j4$ top -p `pidof busy`  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND14839 ya        20039292380300 S 200.00.00:32.66 busy

接下来我们把这个进程加入到 cgroup 的 A 组中，只需要把进程号写入到 A 组目录下的 tasks 文件中即可。

$ sudo sh -c "echo 14839 > A/cgroup.procs"

使用 top 命令查看此时 CPU 的占用情况，还是 200%。cgroup 提供了 cpu.cfs_quota_us 和 cpu.cfs_period_us 两个参数限制 CPU 占用的上限。

• cpu.cfs_period_us 表示运行周期，单位为微妙，默认值为 100000us，也就是 100ms。
• cpu.cfs_quota_us 表示在运行周期内这个 cgroup 组所有进程可运行的时间总量，单位同样为微妙，默认值为 -1，也就是不设置上限。如果我们想限制上面的 busy 进程最多只能占用 30% 的 CPU，可以将 A 组的 cpu.cfs_quota_us 值改为 30000，也就是 100ms CPU 周期内 A 组的进程只能跑 30ms。

sudo sh -c "echo 30000 > A/cpu.cfs_quota_us"

此时使用 top 命令查看 busy 的占用，就可以看到 cpu 占用在 30% 左右浮动了。

$ top -p `pidof busy`  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND14839 ya        20039292380300 S  30.00.07:33.30 busy

在多核 CPU 上，cpu.cfs_quota_us 的值可以超过 cpu.cfs_period_us，比如可以设置 cpu.cfs_quota_us 为 200000，表示最多可以占用 200% CPU。

三、cpu.shares：多个 cgroup 组的权重划分

前面介绍的是单个 cgroup 组的限制情况，多个组之间也是可以做权重划分的。cpu.shares 可以用来设置各个 cgroup 使用 CPU 的相对值，默认值是 1024。如果 A 组的 cpu.shares 为 512，B 组的 cpu.shares 为 1024，则保证 A 组能使用 33.3% 的 CPU 资源，B 组能使用 66.7% 的 CPU 资源。接下来我们来做一些实验。还是以之前的 busy 程序为例，开启两个终端，都执行 busy -j4：

# 终端 1$ ./busy -j4# 终端 2$ ./busy -j4

使用 top 命令来看，这两个进程各占了 100% 左右的 CPU：

$ top  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND27473 ya        20039292380300 S  99.70.00:25.98 busy27517 ya        20039292380300 S  99.70.00:12.08 busy

然后创建两个 cgroup 组 group1、group2，将上面两个进程分别添加到两个组里：

$ mkdir group1$ mkdir group2$ echo 27473> group1/cgroup.procs$ echo 27517> group2/cgroup.procs$ echo 512> group1/cpu.shares

此时两个进程的 CPU 占用依然是 100% 左右，接下来修改 group1 的 cpu.shares 为 512，group2 的 cpu.shares 值保持默认值 1024。

$ top  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND27517 ya        20039292380300 S 133.30.011:30.58 busy27473 ya        20039292380300 S  66.70.011:22.40 busy

此时 group1 的进程 27473 的 CPU 占用从 100% 降低到了 66.7%，group2 的进程 27517 的 CPU 占用从 100% 增加到了 133.3%，这就是因为 group1 和 group2 的 cpu.shares 权重不同带来的 CPU 资源分配上的不同效果。

值得注意的是，cpu.shares 限制的是 CPU 使用的下限，如果 group1 和 group2 的cpu.shares 维持不变，分别为 512 和 1024。在 group2 中的进程占用 CPU 很小的情况下，group1 中的进程依然可以占用超过 1/3 的 CPU 资源。如下所示，group1 的进程 27473 已经跑满了 200% 的 CPU 资源。

$ top  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND27473 ya        20039292380300 S 199.30.016:13.92 busy

接下来我们来看看受 cgroup 限制的进程与普通进程的一起运行的情况下，CPU 占用的情况，实验的场景如下。创建两个 cgroup：group3、group4。

$ cd /sys/fs/cgroup/cpu$ mkdir group3$ mkdir group4

启动三个进程 ./busy -j8，此时 cpu 占用情况是各占 66.6%：

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND1809 ya        20072076640488 S  71.10.00:55.83 busy1689 ya        20072076640488 S  70.10.01:22.07 busy1701 ya        20072076640488 S  69.40.01:13.64 busy

将其中两个进程分别加入到 group3 和 group4：

echo 1689> group3/cgroup.procsecho 1701> group4/cgroup.procs

然后来观察者三个进程的占用情况：

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM1809 ya        20072076640488 S 159.80.01689 ya        20072076640488 S  19.90.01701 ya        20072076640488 S  19.90.0

可以看到没有加到 cgroup 里的普通进程 1809 cpu 占用是 160% 左右，其它两个 cgroup 的进程是 20% 左右。这是因为每个 cgroup 被当作一个调度单元来竞争 cpu，所以每个 cgroup 得到的 cpu 是 1/(1+1+8)*200% = 20%，普通进程是 8/(1+1+8)*200% = 160%。

四、sched_autogroup

CFS 调度算法是善意的，强调众生平等公平，默认是以 task 为调度单元，这在实际的使用中会有一些小问题。打一个比喻，马爸爸说给全国人民发红包，每个人都发一百块。你家里有 4 口人，就会拿到 400 块，隔壁老王家有 10 口人，那就会拿到 1000 块。以家的维度来看，老王家拿到就多一些。在软件中也有类似的例子，有一台 2 核的编译服务，如果三个用户 A、B、C 在同时使用，编译是一个 CPU 密集型操作。他们都默认使用 make -j2 来编译，这样 A、B、C 平均分到 1/3 的 CPU，如下图所示：

这个时候机智的 A 把编译调整为了 make -j4，这样他就拿到了 1/2 的 CPU，B 和 C 就只能拿到 1/4 的 CPU，如下图所示：

fake_make 程序的源码如下：

intget_job_num(int argc,char*const*argv);void*busy(void*args){while(1);}intmain(int argc,char*argv[]){int num =get_job_num(argc, argv);printf("job num: %d\n", num);pthread_t threads[num];int i;for(i =0; i < num;++i){pthread_create(&threads[i],NULL, busy,NULL);}for(i =0; i < num;++i){pthread_join(threads[i],NULL);}return0;}

这种情况在桌面端的体验会更加明显，如果使用 make -j64 编译安卓的同时看电影，如果 make 进程占了大部分 CPU，滑动一下鼠标都会非常卡顿。为了解决部分贪婪进程的问题，linux 引入了 sched_autogroup 的补丁，根据不同的进程类型，放入不同的组中，Linus 盛赞这个 200 行不到的补丁是一个天才的想法。使用 sysctl 打开 sched_autogroup 特性：

$ sudo sysctl -w kernel.sched_autogroup_enabled=1kernel.sched_autogroup_enabled =1

重新做这个实验，退出登录 A、B、C 用户随后重新登录（备注：不用不同用户也没有问题，只要是重新登录是新会话就行，这里用多用户更好区分），然后执行 busy，A 还是启动 4 个线程，B 和 C 启动两个线程。

[A@c4]$ ./fake_make -j4job num:4[B@c4]$ ./fake_make -j2job num:2[C@c4]$ ./fake_make -j2job num:2

这时查看 CPU 占用的结果如下：sched_autogroup 变量将属于同一个会话 session 的进程归为一个会话组，这个会话组可以看做以一个整体进行调度，这里的会话组，其实就是 cgroup。通过 /proc//autogroup 文件可以查看每个进程所属的 autogroup 信息。

$ cat /proc/7469/autogroup/autogroup-7974 nice 0$ cat /proc/8610/autogroup/autogroup-7974 nice 0

可以看到这两个属于同一 session 的进程，都属于 autogroup-7974 这一个 cgroup 组