探究如何在Linux系统中修改进程资源限制:四种方法调整进程限制，让你的系统高效运行(包含应用层getrlimit和setrlimit API)

摘要：本文将详细介绍如何在Linux系统中修改进程资源限制，帮助您掌握一些关键技术，从而更好地管理和优化系统资源。文章内容将涵盖基本概念、方法和实践示例。

一、简介

1.进程资源限制的概念

在Linux系统中，进程资源限制是一种管理策略，用于控制进程使用系统资源的上限。这种机制可以防止某个进程占用过多资源，从而影响其他进程的正常运行。进程资源限制包括CPU时间、内存、打开文件数等多种资源类型。

2.修改进程资源限制的意义与应用场景

修改进程资源限制具有以下几个意义：

a. 系统资源管理：通过对进程资源的限制，管理员可以更好地对系统资源进行分配与管理，确保关键进程获得足够的资源，防止低优先级进程占用过多资源。
b. 提高系统稳定性：限制进程资源能有效避免资源耗尽，从而防止系统崩溃。
c. 提高应用性能：合理分配资源，避免资源竞争，可以在一定程度上提高应用的性能。

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常见的应用场景有：

• 多用户环境中限制单个用户占用资源
• 服务器上限制不同服务的资源使用，以避免某个服务耗尽系统资源
• 开发环境中限制开发人员的测试程序对系统资源的使用

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Linux中的资源限制

1.软限制与硬限制

在Linux系统中，进程资源限制分为软限制（soft limit）和硬限制（hard limit）两种。

• 软限制：这是进程实际受到的资源限制。当进程试图超过这个限制时，系统通常会产生一个警告，但不会强制终止进程。软限制可以在需要时被提高，但不能超过硬限制。
• 硬限制：这是进程资源限制的最大值，一旦达到这个限制，进程将无法继续申请更多资源。硬限制只能由具有特权的用户（如root用户）修改。

2.常见资源限制类型

以下是Linux系统中常见的进程资源限制类型：

• CPU时间（cpu time）：进程可以使用的CPU时间的最大值。
• 内存使用（memory usage）：进程可以使用的最大内存量。
• 打开文件数（open files）：进程可以同时打开的文件数量上限。
• 并发线程数（threads）：进程可以创建的最大线程数。
• 进程数（processes）：用户可以创建的最大进程数。
• 栈大小（stack size）：进程栈的最大大小。
• 数据段大小（data segment size）：进程数据段的最大大小。
• 锁定内存大小（locked memory）：进程可以锁定的内存大小。
  这些限制可以单独或组合使用，以实现更精细的资源管理。在接下来的部分，我们将介绍如何在Linux中修改这些进程资源限制。

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Linux中的资源限制

1.ulimit命令

a. 语法及选项

ulimit命令是一个常用的shell内置命令，用于查看和设置进程资源限制。ulimit的基本语法如下：

ulimit [-HS] [-a] [-t] [-f] [-d] [-s] [-c] [-m] [-l] [-p] [-n] [limit]

常用选项说明：

-H：设置或显示硬限制。
-S：设置或显示软限制。
-a：显示所有资源限制。
-t：设置或显示CPU时间限制。
-f：设置或显示文件大小限制。
-d：设置或显示数据段大小限制。
-s：设置或显示栈大小限制。
-c：设置或显示核心文件大小限制。
-m：设置或显示内存使用限制。
-l：设置或显示锁定内存大小限制。
-p：设置或显示进程数限制。
-n：设置或显示打开文件数限制。

b. 示例与应用

查看当前进程的所有资源限制：
ulimit -a
设置当前进程的打开文件数限制为2048（软限制）：
ulimit -Sn 2048
设置当前进程的CPU时间限制为3600秒（硬限制）：
ulimit -Ht 3600
/etc/security/limits.conf配置文件

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2./etc/security/limits.conf配置文件

a. 配置文件结构

/etc/security/limits.conf是一个全局配置文件，用于设置系统范围内的用户和用户组资源限制。配置文件的每一行表示一个限制规则，包含四个字段：用户或用户组名、限制类型（硬限制或软限制）、资源类型和限制值。

b.示例与应用

为用户alice设置最大打开文件数限制（硬限制为4096，软限制为2048）：

alice       hard    nofile    4096
alice       soft    nofile    2048

为用户组developers设置最大进程数限制（硬限制为1024，软限制为512）：

@developers hard    nproc     1024
@developers soft    nproc     512

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3. 使用cgroups（控制组）

a. cgroups简介

cgroups（Control Groups）是Linux内核中的一项功能，用于对进程进行分组管理和限制。cgroups可以实现对CPU、内存、磁盘I/O等资源的细粒度控制，提供更强大的资源管理能力。
cgroups通过文件系统（通常挂载在/sys/fs/cgroup目录下）的方式对资源限制进行配置，支持动态调整和实时监控。此外，cgroups还支持多层次的进程组织结构，可以根据不同的应用场景设定不同级别的资源限制。

b. 设置cgroups资源限制

要使用cgroups设置资源限制，请按照以下步骤操作：
检查系统是否支持cgroups：运行lssubsys -a命令，查看系统支持的cgroup子系统。
创建cgroup：创建一个新的cgroup，以便将进程添加到该组并限制其资源。例如，创建一个名为my_cgroup的cgroup，可以在/sys/fs/cgroup/cpu目录下创建一个名为my_cgroup的子目录。

c. 示例与应用

控制组（cgroups）是一种Linux内核功能，可以限制、记录和隔离进程的资源使用。管理员可以使用cgroups来管理进程的CPU、内存、磁盘和网络等资源，从而提高系统性能和安全性。下面是一个使用cgroups修改进程资源的示例：

创建控制组
首先，我们需要创建一个控制组，用于管理要限制的进程。可以使用以下命令来创建一个名为mygroup的控制组：

sudo cgcreate -g cpu,memory:/mygroup
这将创建一个包含CPU和内存子系统的控制组/mygroup。

添加进程到控制组
接下来，我们需要将要限制的进程添加到控制组中。可以使用以下命令将pid为1234的进程添加到mygroup控制组中：

sudo cgclassify -g cpu,memory:/mygroup 1234
这将将进程1234添加到/mygroup控制组中。

限制资源使用
现在，我们可以使用cgroups来限制进程的资源使用。例如，可以使用以下命令将mygroup控制组中的进程的CPU使用率限制为50%!：(MISSING)

sudo cgset -r cpu.cfs_quota_us=50000 mygroup
这将限制mygroup控制组中的进程使用50%!的(MISSING)CPU时间。类似地，我们可以使用其他选项来限制内存、磁盘和网络资源的使用。

监控资源使用
最后，我们可以使用cgroups来监控进程的资源使用。例如，可以使用以下命令查看mygroup控制组中进程的CPU使用情况：

sudo cgget -r cpuacct.usage mygroup
这将显示mygroup控制组中所有进程的CPU使用时间。

总之，cgroups是Linux系统中一个非常有用的功能，可以用于限制、记录和隔离进程的资源使用。管理员可以使用cgroups来管理进程的CPU、内存、磁盘和网络等资源，从而提高系统性能和安全性。使用cgroups可以灵活地控制进程的资源使用和监控，从而更好地管理系统和进程。

4. 应用层使用getrlimit和setrlimit API

功能描述

获取或设定资源使用限制。每种资源都有相关的软硬限制，软限制是内核强加给相应资源的限制值，硬限制是软限制的最大值。非授权调用进程只可以将其软限制指定为0~硬限制范围中的某个值，同时能不可逆转地降低其硬限制。授权进程可以任意改变其软硬限制。RLIM_INFINITY的值表示不对资源限制。

函数原型

#include <sys/resource.h>int getrlimit(int resource, struct rlimit \*rlim);int setrlimit(int resource, const struct rlimit \*rlim);

参数：

resource：可能的选择有以下几种

RLIMIT_AS //进程的最大虚内存空间，字节为单位。

RLIMIT_CORE //内核转存文件的最大长度。

RLIMIT_CPU //最大允许的CPU使用时间，秒为单位。当进程达到软限制，内核将给其发送SIGXCPU信号，这一信号的默认行为是终止进程的执行。然而，可以捕捉信号，处理句柄可将控制返回给主程序。如果进程继续耗费CPU时间，核心会以每秒一次的频率给其发送SIGXCPU信号，直到达到硬限制，那时将给进程发送 SIGKILL信号终止其执行。

RLIMIT_DATA //进程数据段的最大值。

RLIMIT_FSIZE //进程可建立的文件的最大长度。如果进程试图超出这一限制时，核心会给其发送SIGXFSZ信号，默认情况下将终止进程的执行。

RLIMIT_LOCKS //进程可建立的锁和租赁的最大值。

RLIMIT_MEMLOCK //进程可锁定在内存中的最大数据量，字节为单位。

RLIMIT_MSGQUEUE //进程可为POSIX消息队列分配的最大字节数。

RLIMIT_NICE //进程可通过setpriority() 或 nice()调用设置的最大完美值。

RLIMIT_NOFILE //指定比进程可打开的最大文件描述词大一的值，超出此值，将会产生EMFILE错误。

RLIMIT_NPROC //用户可拥有的最大进程数。

RLIMIT_RTPRIO //进程可通过sched_setscheduler 和 sched_setparam设置的最大实时优先级。

RLIMIT_SIGPENDING //用户可拥有的最大挂起信号数。

RLIMIT_STACK //最大的进程堆栈，以字节为单位。

rlim：描述资源软硬限制的结构体，原型如下

struct rlimit {rlim\_t rlim\_cur;  //soft limitrlim\_t rlim\_max;  //hard limit};

soft limit是指内核所能支持的资源上限。比如对于RLIMIT_NOFILE(一个进程能打开的最大文件数，内核默认是1024)，soft limit最大也只能达到1024。对于RLIMIT_CORE(core文件的大小，内核不做限制)，soft limit最大能是unlimited。

hard limit在资源中只是作为soft limit的上限。当你设置hard limit后，你以后设置的soft limit只能小于hard limit。要说明的是，hard limit只针对非特权进程，也就是进程的有效用户ID(effective user ID)不是0的进程。具有特权级别的进程(具有属性CAP_SYS_RESOURCE)，soft limit则只有内核上限。

返回说明

成功执行时，返回0。
失败返回-1，errno被设为以下的某个值
EFAULT：rlim指针指向的空间不可访问
EINVAL：参数无效
EPERM：增加资源限制值时，权能不允许

示例

当我们需要在Linux系统中修改进程资源限制时，可以使用getrlimit和setrlimit API来设置资源限制。下面是一个使用getrlimit和setrlimit API修改系统资源的示例：

#include <sys/resource.h>
#include <iostream>
#include <cstring>int main() {const rlim_t kStackSize = 64 * 1024 * 1024;   // 64MBstruct rlimit rl;int result;// 获取当前的资源限制result = getrlimit(RLIMIT_STACK, &rl);if (result == -1) {std::cerr << "Failed to get resource limit\n";return 1;}// 修改资源限制if (rl.rlim_cur < kStackSize) {rl.rlim_cur = kStackSize;result = setrlimit(RLIMIT_STACK, &rl);if (result == -1) {std::cerr << "Failed to set resource limit\n";return 1;}}// 执行需要大内存栈的代码char largeStack[kStackSize];std::memset(largeStack, 0, kStackSize);return 0;
}

在这个示例中，我们将栈大小的资源限制设置为64MB（kStackSize），然后使用getrlimit和setrlimit API来修改这个资源限制。首先，我们使用getrlimit函数来获取当前栈大小的资源限制。然后，我们检查当前资源限制是否小于我们需要的资源大小。如果当前资源限制小于我们需要的资源大小，我们使用setrlimit函数来修改栈大小的资源限制。
最后，在我们需要大内存栈的代码块中，我们分配了64MB的内存。
总之，使用getrlimit和setrlimit API来修改系统资源是Linux C++编程中的一个重要技能，可以帮助我们优化系统资源使用。在使用这些API时，我们需要了解当前的资源限制，修改需要的资源限制，并在修改后检查资源限制是否生效。

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四、实战篇：优化系统资源管理

在Linux系统中，管理员可以使用控制组（cgroups）和其他工具来优化系统资源管理，从而提高系统性能和可靠性。以下是一些实战篇的建议：

识别资源瓶颈

首先，管理员需要了解系统中存在的资源瓶颈，例如CPU、内存、磁盘和网络等。可以使用一些工具，如top、htop、iostat和vmstat等，来了解系统资源的使用情况。管理员可以在这些工具中查看CPU、内存、磁盘和网络等方面的数据，以确定系统资源瓶颈所在。

调整不同进程的资源限制

管理员可以使用cgroups来调整不同进程的资源限制，以确保系统资源的平衡使用。例如，可以将CPU和内存等资源分配给不同的进程，以避免某个进程占用过多的资源，导致其他进程受到影响。可以使用一些工具，如cgcreate、cgclassify和cgset等，来创建控制组、添加进程和设置资源限制。

监控资源使用情况

管理员需要定期监控系统资源使用情况，以确保资源使用保持平衡。可以使用一些工具，如cgget、top、htop、iostat和vmstat等，来监控系统资源的使用情况。管理员可以在这些工具中查看CPU、内存、磁盘和网络等方面的数据，以确保资源使用情况正常。

避免资源耗尽

最后，管理员需要避免系统资源耗尽，以确保系统的可靠性和稳定性。可以使用一些策略，如动态资源分配、资源预留和资源回收等，来避免资源耗尽。例如，可以根据系统负载情况动态分配资源，预留资源给关键进程，以及回收不需要的资源等。
总之，优化系统资源管理是Linux系统管理中一个非常重要的任务。管理员可以使用控制组和其他工具来调整进程的资源限制，监控资源使用情况，避免资源耗尽等，以确保系统资源使用平衡和系统的可靠性。

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五、注意事项

在Linux系统中修改进程资源限制时，需要注意以下几个方面：
确认当前的资源限制
在修改进程资源限制之前，需要确认当前的资源限制。可以使用命令ulimit -a来查看当前的资源限制。
确认修改的范围
在修改进程资源限制之前，需要确认修改的范围。可以使用命令ulimit -a -H和ulimit -a -S来查看硬限制和软限制，以便确认修改的范围。
确认修改的值
在修改进程资源限制之前，需要确认修改的值。可以使用cgroups和其他工具，如getrlimit和setrlimit API，来设置资源限制。
确认修改的持久性
在修改进程资源限制之后，需要确认修改的持久性。可以使用/etc/security/limits.conf配置文件来设置永久性的资源限制。
确认修改的影响
在修改进程资源限制之后，需要确认修改的影响。可以使用一些工具，如top、htop、iostat和vmstat等，来监控系统资源的使用情况，以确保资源使用情况正常。
总之，在Linux系统中修改进程资源限制时，需要确认当前的资源限制、修改的范围、修改的值、修改的持久性和修改的影响。可以使用多种工具来修改进程资源限制，如ulimit命令、/etc/security/limits.conf配置文件、cgroups和getrlimit和setrlimit API等。