Linux內(nèi)核是一名了不起的馬戲表演者，它在進(jìn)程和系統(tǒng)資源間小心地玩著雜耍，并保持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 同時，內(nèi)核也很公正：它將資源公平地分配給各個進(jìn)程。

但是，如果你需要給一個重要進(jìn)程提高優(yōu)先級時，該怎么做呢？ 或者是，如何降低一個進(jìn)程的優(yōu)先級？ 又或者，如何限制一組進(jìn)程所使用的資源呢？

答案是需要由用戶來為內(nèi)核指定進(jìn)程的優(yōu)先級

大部分進(jìn)程啟動時的優(yōu)先級是相同的，因此Linux內(nèi)核會公平地進(jìn)行調(diào)度。 如果想讓一個CPU密集型的進(jìn)程運(yùn)行在較低優(yōu)先級，那么你就得事先配置好調(diào)度器。

下面介紹3種控制進(jìn)程運(yùn)行時間的方法：

1.     使用 nice 命令手動降低任務(wù)的優(yōu)先級。
       使用 cpulimit 命令不斷的暫停進(jìn)程，以控制進(jìn)程所占用處理能力不超過特定限制。
       使用linux內(nèi)建的control groups（控制組）功能，它提供了限制進(jìn)程資源消耗的機(jī)制。

我們來看一下這3個工具的工作原理和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
模擬高cpu占用率

在分析這3種技術(shù)前，我們要先安裝一個工具來模擬高CPU占用率的場景。我們會用到CentOS作為測試系統(tǒng)，并使用Mathomatic toolkit中的質(zhì)數(shù)生成器來模擬CPU負(fù)載。

很不幸，在CentOS上這個工具沒有預(yù)編譯好的版本，所以必須要從源碼進(jìn)行安裝。先從 http://mathomatic.orgserve.de/mathomatic-16.0.5.tar.bz2 這個鏈接下載源碼包并解壓。然后進(jìn)入 mathomatic-16.0.5/primes 文件夾，運(yùn)行 make 和 sudo make install 進(jìn)行編譯和安裝。這樣，就把 matho-primes 程序安裝到了 /usr/local/bin 目錄中。

接下來，通過命令行運(yùn)行：

程序運(yùn)行后，將輸出從0到9999999999之間的質(zhì)數(shù)。因?yàn)槲覀儾⒉恍枰@些輸出結(jié)果，直接將輸出重定向到/dev/null就好。

現(xiàn)在，使用top命令就可以看到matho-primes進(jìn)程榨干了你所有的cpu資源。

好了，接下來（按q鍵）退出 top 并殺掉 matho-primes 進(jìn)程（使用 fg 命令將進(jìn)程切換到前臺，再按 CTRL+C）
nice命令

下面介紹一下nice命令的使用方法，nice命令可以修改進(jìn)程的優(yōu)先級，這樣就可以讓進(jìn)程運(yùn)行得不那么頻繁。 這個功能在運(yùn)行cpu密集型的后臺進(jìn)程或批處理作業(yè)時尤為有用。 nice值的取值范圍是[-20,19],-20表示最高優(yōu)先級，而19表示最低優(yōu)先級。 Linux進(jìn)程的默認(rèn)nice值為0。使用nice命令（不帶任何參數(shù)時）可以將進(jìn)程的nice值設(shè)置為10。這樣調(diào)度器就會將此進(jìn)程視為較低優(yōu)先級的進(jìn)程，從而減少cpu資源的分配。

下面來看一個例子，我們同時運(yùn)行兩個 matho-primes 進(jìn)程，一個使用nice命令來啟動運(yùn)行，而另一個正常啟動運(yùn)行：

再運(yùn)行top命令。

看到?jīng)]，正常運(yùn)行的進(jìn)程（nice值為0）獲得了更多的cpu運(yùn)行時間，相反的，用nice命令運(yùn)行的進(jìn)程占用的cpu時間會較少（nice值為10）。

在實(shí)際使用中，如果你要運(yùn)行一個CPU密集型的程序，那么最好用nice命令來啟動它，這樣就可以保證其他進(jìn)程獲得更高的優(yōu)先級。 也就是說，即使你的服務(wù)器或者臺式機(jī)在重載的情況下，也可以快速響應(yīng)。

nice 還有一個關(guān)聯(lián)命令叫做 renice，它可以在運(yùn)行時調(diào)整進(jìn)程的 nice 值。使用 renice 命令時，要先找出進(jìn)程的 PID。下面是一個例子：

其中，1234是進(jìn)程的 PID。

測試完 nice 和 renice 命令后，記得要將 matho-primes 進(jìn)程全部殺掉。
cpulimit命令

接下來介紹 cpulimit 命令的用法。 cpulimit 命令的工作原理是為進(jìn)程預(yù)設(shè)一個 cpu 占用率門限，并實(shí)時監(jiān)控進(jìn)程是否超出此門限，若超出則讓該進(jìn)程暫停運(yùn)行一段時間。cpulimit 使用 SIGSTOP 和 SIGCONT 這兩個信號來控制進(jìn)程。它不會修改進(jìn)程的 nice 值，而是通過監(jiān)控進(jìn)程的 cpu 占用率來做出動態(tài)調(diào)整。

cpulimit 的優(yōu)勢是可以控制進(jìn)程的cpu使用率的上限值。但與 nice 相比也有缺點(diǎn)，那就是即使 cpu 是空閑的，進(jìn)程也不能完全使用整個 cpu 資源。

在 CentOS 上，可以用下面的方法來安裝它：

上面的命令行，會先從從 GitHub 上將源碼下載到本地，然后再解壓、編譯、并安裝到 /usr/bin 目錄下。

cpulimit 的使用方式和 nice 命令類似，但是需要用戶使用 -l 選項顯式地定義進(jìn)程的 cpu 使用率上限值。舉例說明：

    從上面的例子可以看出 matho-primes 只使用了50%的 cpu 資源，剩余的 cpu 時間都在 idle。

cpulimit 還可以在運(yùn)行時對進(jìn)程進(jìn)行動態(tài)限制，使用 -p 選項來指定進(jìn)程的 PID，下面是一個實(shí)例：

其中，1234是進(jìn)程的 PID。
cgroups 命令集

最后介紹，功能最為強(qiáng)大的控制組（cgroups）的用法。cgroups 是 Linux 內(nèi)核提供的一種機(jī)制，利用它可以指定一組進(jìn)程的資源分配。 具體來說，使用 cgroups，用戶能夠限定一組進(jìn)程的 cpu 占用率、系統(tǒng)內(nèi)存消耗、網(wǎng)絡(luò)帶寬，以及這幾種資源的組合。

對比nice和cpulimit，cgroups 的優(yōu)勢在于它可以控制一組進(jìn)程，不像前者僅能控制單進(jìn)程。同時，nice 和 cpulimit 只能限制 cpu 使用率，而 cgroups 則可以限制其他進(jìn)程資源的使用。

對 cgroups 善加利用就可以控制好整個子系統(tǒng)的資源消耗。就拿 CoreOS 作為例子，這是一個專為大規(guī)模服務(wù)器部署而設(shè)計的最簡化的 Linux 發(fā)行版本，它的 upgrade 進(jìn)程就是使用 cgroups 來管控。這樣，系統(tǒng)在下載和安裝升級版本時也不會影響到系統(tǒng)的性能。

下面做一下演示，我們將創(chuàng)建兩個控制組（cgroups），并對其分配不同的 cpu 資源。這兩個控制組分別命名為“cpulimited”和“lesscpulimited”。

使用 cgcreate 命令來創(chuàng)建控制組，如下所示：

其中“-g cpu”選項用于設(shè)定 cpu 的使用上限。除 cpu 外，cgroups 還提供 cpuset、memory、blkio 等控制器。cpuset 控制器與 cpu 控制器的不同在于，cpu 控制器只能限制一個 cpu 核的使用率，而 cpuset 可以控制多個 cpu 核。

cpu 控制器中的 cpu.shares 屬性用于控制 cpu 使用率。它的默認(rèn)值是 1024，我們將 lesscpulimited 控制組的 cpu.shares 設(shè)為1024（默認(rèn)值），而 cpulimited 設(shè)為512，配置后內(nèi)核就會按照2：1的比例為這兩個控制組分配資源。

要設(shè)置 cpulimited 組的 cpu.shares 為 512，輸入以下命令：

使用 cgexec 命令來啟動控制組的運(yùn)行，為了測試這兩個控制組，我們先用cpulimited 控制組來啟動 matho-primes 進(jìn)程，命令行如下：

打開 top 可以看到，matho-primes 進(jìn)程占用了所有的 cpu 資源。

因?yàn)橹挥幸粋€進(jìn)程在系統(tǒng)中運(yùn)行，不管將其放到哪個控制組中啟動，它都會盡可能多的使用cpu資源。cpu 資源限制只有在兩個進(jìn)程爭奪cpu資源時才會生效。

那么，現(xiàn)在我們就啟動第二個 matho-primes 進(jìn)程，這一次我們在 lesscpulimited 控制組中來啟動它：

再打開 top 就可以看到，cpu.shares 值大的控制組會得到更多的 cpu 運(yùn)行時間。

現(xiàn)在，我們再在 cpulimited 控制組中增加一個 matho-primes 進(jìn)程：

    看到?jīng)]，兩個控制組的 cpu 的占用率比例仍然為2：1。其中，cpulimited 控制組中的兩個 matho-primes 進(jìn)程獲得的cpu 時間基本相當(dāng)，而另一組中的 matho-primes 進(jìn)程顯然獲得了更多的運(yùn)行時間。

更多的使用方法，可以在 Red Hat 上查看詳細(xì)的 cgroups 使用說明。（當(dāng)然CentOS 7也有）
使用Scout來監(jiān)控cpu占用率

監(jiān)控cpu占用率最為簡單的方法是什么？Scout 工具能夠監(jiān)控能夠自動監(jiān)控進(jìn)程的cpu使用率和內(nèi)存使用情況。

Scout的觸發(fā)器（trigger）功能還可以設(shè)定 cpu 和內(nèi)存的使用門限，超出門限時會自動產(chǎn)生報警。

從這里可以獲取 Scout 的試用版。
總結(jié)
計算機(jī)的系統(tǒng)資源是非常寶貴的。上面介紹的這3個工具能夠幫助大家有效地管理系統(tǒng)資源，特別是cpu資源：

1.     nice可以一次性調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級。
       cpulimit在運(yùn)行cpu密集型任務(wù)且要保持系統(tǒng)的響應(yīng)性時會很有用。
       cgroups是資源管理的瑞士軍刀，同時在使用上也很靈活。