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Linux CGroup之freezer分析与应用

發布時間：2024/1/8 linux 25 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux CGroup之freezer分析与应用小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

Linux Kernel：4.4.17

CGroup的freezer子系統對于成批作業管理系統很有用，可以成批啟動/停止任務，以達到及其資源的調度。

freezer子系統也有助于針對運行一組任務設置檢查點。通過強制一組任務進入靜默狀態（quiescent state），freezer子系統可以獲得任務的鏡像。如果任務處于靜默狀態，其他任務就可以查看其proc或者讀取內核接口來獲取信息。通過收集必要信息到另一個node，然后在新node重啟任務，被檢查的任務可以在cluster中不同node之間遷移。

freezer是按等級劃分的，凍結一個CGroup會凍結旗下的所有任務，并且包括他的所有子CGroup。每個freezer都有自己的狀態和從父集成的狀態。只有父子狀態都為THAWED的時候，當前的CGroup才是THAWED。

代碼解析

freezer的代碼位于kernel/cgroup_freezer.c中，執行freeze的具體函數位于kernel/freezer.c中。

freezer_cgrp_subsys結構體如下：

struct cgroup_subsys freezer_cgrp_subsys = {
??? .css_alloc??? = freezer_css_alloc,
??? .css_online??? = freezer_css_online,
??? .css_offline??? = freezer_css_offline,
??? .css_free??? = freezer_css_free,
??? .attach??????? = freezer_attach,
??? .fork??????? = freezer_fork,
??? .legacy_cftypes??? = files,
};

freezer子系統用來管理CGroup的結構體如下，只有一個參數state：

struct freezer {
??? struct cgroup_subsys_state??? css;
??? unsigned int??????????? state;
};

freezer的sysfs文件節點：

static struct cftype files[] = {
??? {
??????? .name = "state",? 子系統當前的狀態
??????? .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
??????? .seq_show = freezer_read,
??????? .write = freezer_write,
??? },
??? {
??????? .name = "self_freezing",? 自身當前是否處于freezing狀態
??????? .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
??????? .read_u64 = freezer_self_freezing_read,
??? },
??? {
??????? .name = "parent_freezing",? 父子系統是否處于freezing狀態
??????? .flags = CFTYPE_NOT_ON_ROOT,
??????? .read_u64 = freezer_parent_freezing_read,
??? },
??? { }??? /* terminate */
};

繼續引申出freezer的狀態：

enum freezer_state_flags {
??? CGROUP_FREEZER_ONLINE??? = (1 << 0), /* freezer is fully online */? freezer沒有被凍結
??? CGROUP_FREEZING_SELF??? = (1 << 1), /* this freezer is freezing */? freezer自身正在凍結中
??? CGROUP_FREEZING_PARENT??? = (1 << 2), /* the parent freezer is freezing */? 父freezer正在凍結中
??? CGROUP_FROZEN??????? = (1 << 3), /* this and its descendants frozen */? 自身和者子freezer已經被凍結

??? /* mask for all FREEZING flags */
??? CGROUP_FREEZING??????? = CGROUP_FREEZING_SELF | CGROUP_FREEZING_PARENT,? 自身或者父freezer處于凍結過程中
};

freezer.state

那么這些狀態和freezer.state的對應關系如何呢？

CGROUP_FREEZING?????? FREEZING （凍結中）

CGROUP_FROZEN??????? FROZEN（已凍結）

CGROUP_FREEZER_ONLINE??? THAWED（解凍狀態）

FREEZING不是一個常態，他是當前CGroup（或其子CGroup）一組任務將要轉換到FROZEN狀態的一種中間狀態。同時，如果當前或子CGroup有新任務加入，狀態會從FROZEN返回到FRZEEING，直到任務被凍結。

只有FROZEN和THAWED兩個狀態是寫有效的。如果寫入FROZEN，當CGroup沒有完全進入凍結狀態，包括其所有子CGroup都會進入FREEZING狀態。

如果寫入THAWED，當前的CGroup狀態就會變成THAWED。有一種例外是如果父CGroup還是被凍結，則不會變成THAWED。如果一個CGroup的有效狀態變成THAWED，因當前CGroup造成的凍結都會停止，并離開凍結狀態。

freezer.self_freezing

只讀。0表示狀態是THAWED，其他為1。

freezer.parent_freezing

只讀。0表示父CGroup沒有一個進入凍結狀態，其他為1。

freezer_read

此函數會從子CGroup向上遍歷所有CGroup，直到最后一個遍歷當前CGroup。

static int freezer_read(struct seq_file *m, void *v)
{
??? struct cgroup_subsys_state *css = seq_css(m), *pos;

??? mutex_lock(&freezer_mutex);
??? rcu_read_lock();

??? /* update states bottom-up */
??? css_for_each_descendant_post(pos, css) { 倒序遍歷當前css的所有子css，最后一個遍歷根css。
??????? if (!css_tryget_online(pos))
??????????? continue;
??????? rcu_read_unlock();

??????? update_if_frozen(pos);? 更新當前css的state，這樣確保當前css狀態是最新的。然后根css的狀態也是最新的。

??????? rcu_read_lock();
??????? css_put(pos);
??? }

??? rcu_read_unlock();
??? mutex_unlock(&freezer_mutex);

??? seq_puts(m, freezer_state_strs(css_freezer(css)->state));
??? seq_putc(m, '\n');
??? return 0;
}

freezer_write

static ssize_t freezer_write(struct kernfs_open_file *of,
???????????????? char *buf, size_t nbytes, loff_t off)
{
??? bool freeze;

??? buf = strstrip(buf);

??? if (strcmp(buf, freezer_state_strs(0)) == 0)? 對應THAWED狀態
??????? freeze = false;
??? else if (strcmp(buf, freezer_state_strs(CGROUP_FROZEN)) == 0)? 對應FROZEN狀態
??????? freeze = true;
??? else
??????? return -EINVAL;

??? freezer_change_state(css_freezer(of_css(of)), freeze); 切換freezer狀態
??? return nbytes;
}

freezer_change_state

static void freezer_change_state(struct freezer *freezer, bool freeze)
{
??? struct cgroup_subsys_state *pos;

??? /*
???? * Update all its descendants in pre-order traversal.? Each
???? * descendant will try to inherit its parent's FREEZING state as
???? * CGROUP_FREEZING_PARENT.
???? */
??? mutex_lock(&freezer_mutex);
??? rcu_read_lock();
??? css_for_each_descendant_pre(pos, &freezer->css) {? 這里和freezer_read是一個相反的過程，這是從跟css開始，逐級遍歷所有css。
??????? struct freezer *pos_f = css_freezer(pos);
??????? struct freezer *parent = parent_freezer(pos_f);

??????? if (!css_tryget_online(pos))
??????????? continue;
??????? rcu_read_unlock();

??????? if (pos_f == freezer)? 如果是根css則進入CGROUP_FREEZING_SELF
??????????? freezer_apply_state(pos_f, freeze,
??????????????????????? CGROUP_FREEZING_SELF);
??????? else
??????????? freezer_apply_state(pos_f,? 其他css，表示是繼承CGROUP_FREEZING_PARENT
??????????????????????? parent->state & CGROUP_FREEZING,
??????????????????????? CGROUP_FREEZING_PARENT);

??????? rcu_read_lock();
??????? css_put(pos);
??? }
??? rcu_read_unlock();
??? mutex_unlock(&freezer_mutex);
}

freezer_apply_state

static void freezer_apply_state(struct freezer *freezer, bool freeze,
??????????????? unsigned int state)
{
??? /* also synchronizes against task migration, see freezer_attach() */
??? lockdep_assert_held(&freezer_mutex);

??? if (!(freezer->state & CGROUP_FREEZER_ONLINE))
??????? return;

??? if (freeze) {? 需要freeze，調用freeze_cgroup。凍結當前Cgroup下面所有task
??????? if (!(freezer->state & CGROUP_FREEZING))
??????????? atomic_inc(&system_freezing_cnt);
??????? freezer->state |= state;
??????? freeze_cgroup(freezer);
??? } else {? 不需要freeze
??????? bool was_freezing = freezer->state & CGROUP_FREEZING;

??????? freezer->state &= ~state;

??????? if (!(freezer->state & CGROUP_FREEZING)) {? 并且不是CGROUP_FREEZING狀態
??????????? if (was_freezing)
??????????????? atomic_dec(&system_freezing_cnt);
??????????? freezer->state &= ~CGROUP_FROZEN;
??????????? unfreeze_cgroup(freezer);? 此CGroup下的所有tasks解凍
??????? }
??? }
}

freeze_task和__thaw_task

在kernel/freezer.c中定義了凍結和解凍task的執行函數freeze_task和__thaw_task。

在freezer的tasks中存放了所有的進程，遍歷所有進程執行freeze_task或者__thaw_task，即可凍結或解凍此freezer CGroup。

bool freeze_task(struct task_struct *p)
{
??? unsigned long flags;

??? /*
???? * This check can race with freezer_do_not_count, but worst case that
???? * will result in an extra wakeup being sent to the task.? It does not
???? * race with freezer_count(), the barriers in freezer_count() and
???? * freezer_should_skip() ensure that either freezer_count() sees
???? * freezing == true in try_to_freeze() and freezes, or
???? * freezer_should_skip() sees !PF_FREEZE_SKIP and freezes the task
???? * normally.
???? */
??? if (freezer_should_skip(p))? 在需要凍結的時候，是否跳過此進程
??????? return false;

??? spin_lock_irqsave(&freezer_lock, flags);
??? if (!freezing(p) || frozen(p)) {? 如果進程不是freezing，或已經被FROZEN，返回false
??????? spin_unlock_irqrestore(&freezer_lock, flags);
??????? return false;
??? }

??? if (!(p->flags & PF_KTHREAD))
??????? fake_signal_wake_up(p);? 不是內核線程，發送偽喚醒信號
??? else
??????? wake_up_state(p, TASK_INTERRUPTIBLE);? 設置進程喚醒條件為TASK_INTERRUPTIBLE

??? spin_unlock_irqrestore(&freezer_lock, flags);
??? return true;
}

void __thaw_task(struct task_struct *p)
{
??? unsigned long flags;

??? spin_lock_irqsave(&freezer_lock, flags);
??? if (frozen(p))? 如果已經被FROZEN，則簡單的去喚醒
??????? wake_up_process(p);
??? spin_unlock_irqrestore(&freezer_lock, flags);
}

應用？

一個小實驗

為了直觀的理解，做一個小實驗。

源碼在：https://github.com/arnoldlu/common-use/blob/master/tools/loop.py

1.啟動一個占用率100%的進程：

2.top查看進程情況，CPU占用率100%：

3.新建一個freezer CGroup，并將7234進程寫入tasks：

4.將FROZEN寫入freezer.state：

5.top –p 7234查看進程情況，：

6.將THAWED寫入freezer.state之后：

7.可以看到7234的CPU占用率立馬又變成100%：

其他應用

比如LISA工具在測試的時候，為了排除干擾，只保留必須的進程，凍結其余進程：

參考資料

Freezer Subsystem：http://lxr.free-electrons.com/source/Documentation/cgroups/freezer-subsystem.txt?v=4.4

freezer子系統：http://www.cnblogs.com/lisperl/archive/2012/04/25/2469587.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux CGroup之freezer分析与应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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