启用cgroup writeback功能 - Alibaba Cloud Linux

在Alibaba Cloud Linux 2（内核版本4.19.36-12.al7开始）和Alibaba Cloud Linux 3中，对内核接口cgroup v1新增了控制群组回写（cgroup writeback）功能。该功能使您在使用内核接口cgroup v1时，可以对缓存异步I/O (Buffered I/O) 进行限速。

背景信息

控制群组（control group）简称为cgroup，分为v1和v2两个版本。更多信息，请参见什么是控制群组。本文介绍如何启用cgroup v1的cgroup writeback功能，并对进程进行Buffered I/O限速。

使用限制

在启用cgroup writeback功能之后，您可以先确认内存子系统（memcg）和IO子系统（blkcg）的映射关系是否符合下文所述的规则，再对进程进行Buffered I/O限速。

cgroup writeback功能需要memcg和blkcg协同工作，完成Buffered I/O的限速，但是内核接口cgroup v1的各个控制子系统间默认不协同工作。因此需要通过一定的规则把memcg和blkcg连接起来，规则为：通过任意一个memcg必须可以找到与之唯一对应的blkcg。即memcg和blkcg的映射关系可以是一对一或多对一，不可以是一对多或多对多。

例如，存在进程A和B，对它们进行Buffered I/O限速，需要遵循以下约束。

如果A和B分属不同的memcg，它们可以映射到不同的blkcg，只需各自一一对应。例如：A属于memcg1，blkcg1；B属于memcg2，blkcg0。
如果A和B分属不同的memcg，它们也可以映射到同一个blkcg。例如：A属于memcg1，B属于memcg2，A和B都属于blkcg2。
如果A和B属于相同的memcg，那么它们只能映射到同一个blkcg。例如：A和B均属于memcg0，它们同时属于blkcg3。

为了避免出现意外情况，建议您在启用cgroup writeback功能后，对进程进行Buffered I/O限速前，优先设置blkcg的cgroup.procs接口，向该接口写入一个进程ID来保证blkcg映射的唯一性。同时您也可以通过工具查看memcg和blkcg的映射关系，更多信息，请参见确认memcg和blkcg的映射关系。

在实际运维中，可能出现进程移动到其它cgroup的情况。根据上述规则，如果进程在memcg之间移动，不会出现问题，但如果进程在blkcg之间移动，将会出现异常情况。为了避免产生异常，该功能的代码中定义了规则：一旦工作中的blkcg内的进程发生blkcg间的移动，则将映射关系直接指向root blkcg。由于一般情况是不在root blkcg设置限流阈值，所以当映射关系直接指向root blkcg时，限速功能会失效。

重要

内核代码虽定义了规则避免出现意外，但您需要在实际操作中尽量避免将进程在blkcg间移动。

开启cgroup writeback功能

cgroup v1接口中的cgroup writeback功能默认是关闭的，按照以下步骤开启该功能。

通过命令grubby内添加cgwb_v1字段开启该功能。
本示例中内核版本为4.19.36-12.al7.x86_64，您在操作中需要更换为实际的内核版本，内核版本的查看命令为uname -r。
```
sudo grubby --update-kernel="/boot/vmlinuz-4.19.36-12.al7.x86_64" --args="cgwb_v1"
```
重启系统使功能生效。
```
sudo reboot
```
使用以下命令读取内核文件/proc/cmdline，确认内核命令行参数中带有cgwb_v1字段。此时，blkcg下的blkio.throttle.write_bps_device及blkio.throttle.write_iops_device接口能够对Buffered I/O进行限速。
```
cat /proc/cmdline | grep cgwb_v1
```

说明

在k8s环境下，开启cgroup writeback功能后，您需要额外绑定memory和blkio cgroup子系统，以避免因为进程移动导致限速功能失效。

合并memory和blkio cgroup子系统。
1. 编辑system.conf文件。
```
sudo vim /etc/systemd/system.conf
```
2. 修改JoinControllers配置，例如：
```
JoinControllers=cpu,cpuacct net_cls,net_prio memory,blkio
```
3. 按 Ecs 键退出编辑模式，输入 :wq保存并退出。

运行以下命令，重做内核镜像，确保systemd的配置修改生效。

sudo dracut /boot/initramfs-4.19.36-12.al7.x86_64.img 4.19.36-12.al7.x86_64 --force

运行以下命令，重启系统。
```
sudo reboot
```
运行以下命令，验证memory、blkio子系统是否合并。
```
ls /sys/fs/cgroup
```

验证cgroup writeback是否生效

本示例将模拟出两个产生I/O的进程，用于验证cgroup writeback功能是否有效。

说明

由于dd命令的反馈速度较快，结果使用iostat命令查看。
由于dd命令为顺序写入，顺序IO回刷时，会生成1 MB数据再回刷，因此设置阈值时，blkio.throttle.write_bps_device不得小于1 MB(1048576)。如果设置值小于1 MB，可能会引发IO hang。

模拟出两个产生I/O的进程，并按照限制条件优先设置blkcg的cgroup.procs接口。

sudo mkdir /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1
sudo mkdir /sys/fs/cgroup/memory/memcg1
sudo bash -c "echo $$ > /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1/cgroup.procs"    # $$为您的进程ID
sudo bash -c "echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/memcg1/cgroup.procs"    # $$为您的进程ID

使用blkcg下的blkio.throttle.write_bps_device接口对Buffered I/O进行限速。

sudo bash -c "echo 254:48 10485760 > /sys/fs/cgroup/blkio/blkcg1/blkio.throttle.write_bps_device"    # 通过设备号配置磁盘的回写限流bps为10 M

使用不带参数oflag=sync的dd命令产生缓存异步I/O。
```
sudo dd if=/dev/zero of=/mnt/vdd/testfile bs=4k count=10000
```
使用iostat工具查询结果。查看输出列wMB/s，如果被限制到10 MB/s，则表示cgroup writeback功能已生效。
```
iostat -xdm 1 vdd
```

确认memcg和blkcg的映射关系

您可以使用以下任意一种方式诊断memcg和blkcg的映射关系是否为一对一或多对一。

查看memcg与blkcg映射关系。
```
sudo cat /sys/kernel/debug/bdi/bdi_wb_link
```
返回结果示例如下，该示例表示memcg和blkcg符合一对一的映射规则。
```
memory     <--->     blkio
memcg1:   35 <---> blkcg1:   48
```

使用ftrace内核监测工具。

开启ftrace工具。

sudo bash -c "echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/writeback/insert_memcg_blkcg_link/enable"

查看信息输出接口。

sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe

输出内容示例如下，其中memcg_ino=35 blkcg_ino=48表示memcg和blkcg符合一对一的映射规则。

<...>-1537  [006] ....    99.511327: insert_memcg_blkcg_link: memcg_ino=35 blkcg_ino=48 old_blkcg_ino=0