Linux 使用 cgroups 管理 CPU 資源完整指南

在 Linux 系統中，cgroups（控制群組）是限制、監控與隔離進程資源使用的核心機制。本文將詳細說明如何透過 cgroups 的 cpu 子系統，精準控制進程的 CPU 使用率，避免單一程式佔用過多資源導致系統無回應。

核心參數：cfs_period_us 與 cfs_quota_us

cgroups 使用 cpu.cfs_period_us（週期，預設 100,000 微秒 = 100ms）與 cpu.cfs_quota_us（配額，預設 -1 代表無限制）兩個參數，配合完全公平排程器（CFS）來限制單位時間內的 CPU 使用時間。配額佔週期的比例即為該控制群組可使用的 CPU 百分比。

實戰示範：將 Python 耗 CPU 程序限制在 50%

首先啟動一個佔滿 CPU 的測試程序：

# echo 'while True: pass' | python &
[1] 1532

使用 top 觀察，該進程（PID 1532）佔用 99.6% CPU。接著建立控制群組 /foo 並設定配額：

echo 50000 > /sys/fs/cgroup/cpu/foo/cpu.cfs_quota_us
echo 1532 > /sys/fs/cgroup/cpu/foo/tasks

此時 cpu.cfs_quota_us 設為 50,000，佔週期 100,000 的 50%。再次執行 top，該進程 CPU 使用率即降至約 50%。注意：單核心環境下數值對應直觀；多核心時，配額可超過週期（最多 n 核 × 週期）。

層級限制與即時排程參數

子群組的資源設定受父群組限制：cpu.cfs_period_us 不得小於父層，cpu.cfs_quota_us 不得大於父層。另有 cpu.rt_period_us、cpu.rt_runtime_us 用於即時進程限制，一般較少使用。

統計資訊：cpu.stat

cpu.stat 提供 nr_periods（總週期）、nr_throttled（被節流週期）、throttled_time（被限制的總 CPU 時間），可作為資源使用監控依據。

相對權重分配：cpu.shares

cpu.shares 採相對權重方式分配 CPU，而非硬性限制。例如根群組 1024、/foo 2048，當兩組皆滿載時，/foo 可獲得雙倍 CPU 時間。若其他群組閒置，單一群組仍可跑滿全部 CPU，資源利用率較高。

核心綁定：cpuset 子系統

透過 cpuset.cpus、cpuset.mems 可限定進程可使用的 CPU 核心與記憶體節點（支援 0,1,2 或 0-3 範圍格式）。啟用前必須同時設定兩者且相容，否則會報錯。驗證方式：cat /proc/<pid>/status | grep '_allowed_list'。

CPU 使用量統計：cpuacct 子系統

cpuacct.stat 記錄用戶態/核心態 CPU 時間（單位 jiffies，通常 100 Hz）；cpuacct.usage 與 cpuacct.usage_percpu 以奈秒為單位統計總 CPU 消耗，適合雲端計費場景。

注意事項：SLES 11 特殊行為

在 SLES 11 SP2/SP3（核心 3.0.x）中，寫入 cgroup.procs 不生效，必須寫入 tasks；其他核心版本未發現此問題。

掌握 cgroups CPU 控制技巧，能有效防止資源爭搶，保障關鍵服務穩定運行。建議在測試環境驗證參數後再套用至生產系統。