12장 cgroup

1. cgroup v1: 리눅스 자원 제어의 실체

1) cgroup이란?

cgroup(Control Group)은 리눅스에서 CPU, 메모리, 디스크 I/O, 네트워크 등 자원 사용을 제어하기 위한 기능입니다.

컨테이너, 가상 머신, 멀티 사용자 환경 등에서 자원 남용을 방지하고, 시스템을 안정적으로 유지하기 위한 핵심 기술입니다.

• 프로세스를 그룹으로 묶고, 그룹 단위로 자원 제어

• cgroup v1과 cgroup v2가 있음 (이번 내용은 v1 중심)

2) 왜 필요한가?

가상화, 클라우드, 공유 환경에서의 문제

• 하나의 머신에 여러 사용자가 접근 → 자원 과도 사용

• 특정 사용자가 메모리 12GB를 써버리면, 나머지 사용자에게 단 4GB만 남음 → 메모리 고갈, 서비스 품질 저하

그림 예시: 사용자 A가 먼저 가상 머신을 띄우고 12GB를 사용해버리면, 사용자 B는 4GB밖에 사용할 수 없게 됨.

또한, 백업 등 비업무 처리가 I/O 자원을 과점해버리면, 업무 처리 성능이 급격히 저하될 수 있음.

이런 문제는 cgroup을 사용하면 해결할 수 있다.

3) 제어 가능한 자원과 컨트롤러

컨트롤러명	제어 자원	설명
cpu	CPU 사용 시간	일정 시간 동안 사용 시간 제한
memory	메모리 사용량	OOM Killer 영향 범위 제한 가능
blkio	디스크 I/O 대역폭	읽기/쓰기 속도 제한
net_cls/net_prio	네트워크 대역폭	패킷 우선순위, 네트워크 제한 등

4) cgroup 파일 시스템 구조

• cgroup은 메모리 기반 특수 파일 시스템을 통해 관리

• 우분투 기준 위치: /sys/fs/cgroup/

• 예: /sys/fs/cgroup/cpu/, /sys/fs/cgroup/memory/

$ ls /sys/fs/cgroup/
blkio  cpu  memory  net_cls  ...

⚙️ 사용 예: CPU 사용 시간 제어

1) test 그룹 생성 및 설정

# mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/test

→ 디렉토리를 생성하면, 커널이 자동으로 관련 파일을 생성함

# ls /sys/fs/cgroup/cpu/test/
cpu.cfs_period_us  cpu.cfs_quota_us  tasks

• cpu.cfs_period_us: 제어 주기(기본 100ms)

• cpu.cfs_quota_us: 사용할 수 있는 시간(μs 단위)

기본값 확인

# cat cpu.cfs_period_us
100000   # 100ms

# cat cpu.cfs_quota_us
-1        # 무제한 사용 가능

2) 프로세스를 그룹에 소속시키고 제한하기

# ./inf-loop.py &        # CPU를 100% 쓰는 무한루프 프로세스
# echo <PID> > tasks     # 해당 PID를 그룹에 등록

→ top 명령어로 확인하면 CPU 100% 사용

CPU 사용률을 50%로 제한

# echo 50000 > cpu.cfs_quota_us

→ 100ms 동안 50ms만 실행 → CPU 50% 사용

3) CPU 대역폭 컨트롤러 개념 요약

• 주기마다 quota 만큼만 실행하고 나머지는 idle로 대기

• 사용량 제어의 핵심

|<-- 100ms -->|
[사용(50ms)] [대기(50ms)]

2. 응용 예시

1) 직접 쓰는 경우는 드뭄

cgroup은 보통 시스템 서비스나 컨테이너 런타임이 자동으로 사용합니다:

• systemd: 서비스마다 자동으로 그룹 생성 (예: user.slice)

• docker, kubernetes: 내부적으로 cgroup으로 자원 제어

• virt-manager, libvirt: 가상 머신 자원 제한 시 사용

👉 사용자는 몰라도 내부에선 항상 쓰이고 있음

3. cgroup이 커널에 포함된 이유

기존 문제

• 커널에 이식하기 어려움 (코드 복잡, 성능 저하 우려)

• 서버 환경에선 관심 부족

전환 계기

• 클라우드(IaaS) 등장

• 사용자 분리·자원 제어 필요 급증

• 메이저 서버 벤더 + 클라우드 사업자들이 커널 기능 도입에 참여

→ 결국 리눅스 커널 공식 기능으로 포함됨

🆚 cgroup v1 vs v2

항목	cgroup v1	cgroup v2
구조	컨트롤러별 개별 계층	모든 컨트롤러 통합 계층
유연성	높음	중간 수준
연계 제어	어려움	가능 (일괄 제어)
입출력 제어 문제	direct I/O만 제어됨 (한계)	해결됨
사용 범위	널리 사용됨 (2024년 기준 여전히)	도입 중 (이전보다 증가 추세)

“자원을 나눠 쓰는 세상에서는 자원을 다루는 기술이 진짜 실력이다.” – 클라우드 시대의 커널 이야기 중