Linux Cgroups详解(三)

Cgroup文件系统

Cgroups用户空间管理

Cgroups用户空间的管理是通过cgroup文件系统实现的。

比如要创建一个层级：

mount -t cgroup -o cpu,cpuset,memory cpu_and_mem /cgroup/cpu_and_mem

这个命令就创建一个名为cpu_and_mem的层级，这个层级上附加了cpu,cpuset,memory三个子系统，并把层级挂载到了/cgroup/cpu_and_mem.

创建一个cgroup：

cd /cgroup/cpu_and_mem

mkdir foo

通过以上两个命令，我们就在刚才创建的层级下创建了一个叫foo的cgroup。

你再cd foo，然后ls

你会发现一些文件，这是cgroups相关子系统的控制文件，你可以读取这些控制文件，这些控制文件存储的值就是对相应的cgrouop的控制信息，你也可以写控制文件来更改控制信息。

在这些文件中，有一个叫tasks的文件，里面的包含了所有属于这个cgroup的进程的进程号。

在刚才创建的foo下，你cat tasks，应该是空的，因为此时这个cgroup里面还没有进程。你cd /cgroup/cpu_and_mem 再cat tasks，你可以看到系统中所有进程的进程号，这是因为每创建一个层级的时候，系统的所有进程都会自动被加到该层级的根cgroup里面。Tasks文件不仅可以读，还可以写，你将一个进程的进程号写入到某个cgroup目录下的tasks里面，你就将这个进程加入了相应的cgroup。

Cgroup文件系统的实现

在讲cgroup文件系统的实现之前，必须简单的介绍一下Linux VFS。

VFS是所谓的虚拟文件系统转换，是一个内核软件层，用来处理与Unix标准文件系统的所有系统调用。VFS对用户提供统一的读写等文件操作调用接口，当用户调用读写等函数时，内核则调用特定的文件系统实现。具体而言，文件在内核内存中是一个file数据结构来表示的。这个数据结构包含一个f_op的字段，该字段中包含了一组指向特定文件系统实现的函数指针。当用户执行read()操作时，内核调用sys_read(),然后sys_read（）查找到指向该文件属于的文件系统的读函数指针，并调用它，即file->f_op->read().

VFS其实是面向对象的，在这里，对象是一个软件结构，既定义数据也定义了之上的操作。处于效率，Linux并没有采用C++之类的面向对象的语言，而是采用了C的结构体，然后在结构体里面定义了一系列函数指针，这些函数指针对应于对象的方法。

VFS文件系统定义了以下对象模型：

超级块对象(superblock object)

存放已安装文件系统的有关信息。

索引节点对象(inode object)

存放关于具体文件的一般信息。

文件对象（file  object）

存放打开文件与进程之间的交互信息

目录项对象(dentry object)

存放目录项与对应文件进行链接的有关信息。

 

基于VFS实现的文件系统，都必须实现定义这些对象，并实现这些对象中定义的函数指针。cgroup文件系统也不例外，下面我们来看cgroups中这些对象的定义。

cgroup文件系统的定义：

static struct file_system_type cgroup_fs_type = {

.name = "cgroup",

.get_sb = cgroup_get_sb,

.kill_sb = cgroup_kill_sb,

};

这里有定义了两个函数指针，定义了一个文件系统必须实现了的两个操作get_sb,kill_sb，即获得超级块和释放超级块。这两个操作会在使用mount系统调用挂载cgroup文件系统时使用。

cgroup 超级块的定义:

static const struct super_operations cgroup_ops = {

.statfs = simple_statfs,

.drop_inode = generic_delete_inode,

.show_options = cgroup_show_options,

.remount_fs = cgroup_remount,

};

Cgroup 索引块定义：

static const struct inode_operations cgroup_dir_inode_operations = {

.lookup = simple_lookup,

.mkdir = cgroup_mkdir,

.rmdir = cgroup_rmdir,

.rename = cgroup_rename,

};

在cgroup文件系统中，使用mkdir创建cgroup或者用rmdir删除cgroup时，就会调用相应的函数指针指向的函数。比如：使用mkdir创建cgroup时，会调用cgroup_mkdir，然后在cgroup_mkdir中再调用具体实现的cgroup_create函数。

Cgroup 文件操作定义：

static const struct file_operations cgroup_file_operations = {

.read = cgroup_file_read,

.write = cgroup_file_write,

.llseek = generic_file_llseek,

.open = cgroup_file_open,

.release = cgroup_file_release,

};

在cgroup文件系统中，对目录下的控制文件进行操作时，会调用该结构体中指针指向的函数。比如：对文件进行读操作时，会调用cgroup_file_read，在cgroup_file_read中，会根据需要调用该文件对应的cftype结构体定义的对应读函数。

    我们再来看cgroup文件系统中的cgroups控制文件。Cgroups定义一个cftype的结构体来管理控制文件。下面我们来看cftype的定义：

struct cftype {

char name[MAX_CFTYPE_NAME];

int private; /*

mode_t mode;

size_t max_write_len;

 

int (*open)(struct inode *inode, struct file *file);

ssize_t (*read)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,

struct file *file,

char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos);

u64 (*read_u64)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft);

s64 (*read_s64)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft);

int (*read_map)(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,

struct cgroup_map_cb *cb);

int (*read_seq_string)(struct cgroup *cont, struct cftype *cft,

       struct seq_file *m);

 

ssize_t (*write)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,

 struct file *file,

 const char __user *buf, size_t nbytes, loff_t *ppos);

int (*write_u64)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft, u64 val);

int (*write_s64)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft, s64 val);

int (*write_string)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,

    const char *buffer);

int (*trigger)(struct cgroup *cgrp, unsigned int event);

 

int (*release)(struct inode *inode, struct file *file);

int (*register_event)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,

struct eventfd_ctx *eventfd, const char *args); /*

void (*unregister_event)(struct cgroup *cgrp, struct cftype *cft,

struct eventfd_ctx *eventfd);

};

cftype中除了定义文件的名字和相关权限标记外，主要是定义了对文件进行操作的函数指针。不同的文件可以有不同的操作，对文件进行操作时，相关函数指针指向的函数会被调用。

   综合上面的分析，cgroups通过实现cgroup文件系统来为用户提供管理cgroup的工具，而cgroup文件系统是基于Linux VFS实现的。相应地，cgroups为控制文件定义了相应的数据结构cftype，对其操作由cgroup文件系统定义的通过操作捕获，再调用cftype定义的具体实现。