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通过 ulimit 改善系统性能

2013-09-16 13:21       

概述

系统性能一直是一个受关注的话题,如何通过最简单的设置来实现最有效的性能调优,如何在有限资源的条件下保证程序的运作,ulimit 是我们在处理这些问题时,经常使用的一种简单手段。ulimit 是一种 linux 系统的内键功能,它具有一套参数集,用于为由它生成的 shell 进程及其子进程的资源使用设置限制。本文将在后面的章节中详细说明 ulimit 的功能,使用以及它的影响,并以具体的例子来详细地阐述它在限制资源使用方面的影响。

ulimit 的功能和用法

ulimit 功能简述

假设有这样一种情况,当一台 Linux 主机上同时登陆了 10 个人,在系统资源无限制的情况下,这 10 个用户同时打开了 500 个文档,而假设每个文档的大小有 10M,这时系统的内存资源就会受到巨大的挑战。

而实际应用的环境要比这种假设复杂的多,例如在一个嵌入式开发环境中,各方面的资源都是非常紧缺的,对于开启文件描述符的数量,分配堆栈的大小,CPU 时间,虚拟内存大小,等等,都有非常严格的要求。资源的合理限制和分配,不仅仅是保证系统可用性的必要条件,也与系统上软件运行的性能有着密不可分的联系。这时,ulimit 可以起到很大的作用,它是一种简单并且有效的实现资源限制的方式。

ulimit 用于限制 shell 启动进程所占用的资源,支持以下各种类型的限制:所创建的内核文件的大小、进程数据块的大小、Shell 进程创建文件的大小、内存锁住的大小、常驻内存集的大小、打开文件描述符的数量、分配堆栈的最大大小、CPU 时间、单个用户的最大线程数、Shell 进程所能使用的最大虚拟内存。同时,它支持硬资源和软资源的限制。

作为临时限制,ulimit 可以作用于通过使用其命令登录的 shell 会话,在会话终止时便结束限制,并不影响于其他 shell 会话。而对于长期的固定限制,ulimit 命令语句又可以被添加到由登录 shell 读取的文件中,作用于特定的 shell 用户。


图 1. ulimit 的使用
 

在下面的章节中,将详细介绍如何使用 ulimit 做相应的资源限制。

如何使用 ulimit

ulimit 通过一些参数选项来管理不同种类的系统资源。在本节,我们将讲解这些参数的使用。

ulimit 命令的格式为:ulimit [options] [limit]

具体的 options 含义以及简单示例可以参考以下表格。


表 1. ulimit 参数说明

选项 [options] 含义 例子
-H 设置硬资源限制,一旦设置不能增加。 ulimit – Hs 64;限制硬资源,线程栈大小为 64K。
-S 设置软资源限制,设置后可以增加,但是不能超过硬资源设置。 ulimit – Sn 32;限制软资源,32 个文件描述符。
-a 显示当前所有的 limit 信息。 ulimit – a;显示当前所有的 limit 信息。
-c 最大的 core 文件的大小, 以 blocks 为单位。 ulimit – c unlimited; 对生成的 core 文件的大小不进行限制。
-d 进程最大的数据段的大小,以 Kbytes 为单位。 ulimit -d unlimited;对进程的数据段大小不进行限制。
-f 进程可以创建文件的最大值,以 blocks 为单位。 ulimit – f 2048;限制进程可以创建的最大文件大小为 2048 blocks。
-l 最大可加锁内存大小,以 Kbytes 为单位。 ulimit – l 32;限制最大可加锁内存大小为 32 Kbytes。
-m 最大内存大小,以 Kbytes 为单位。 ulimit – m unlimited;对最大内存不进行限制。
-n 可以打开最大文件描述符的数量。 ulimit – n 128;限制最大可以使用 128 个文件描述符。
-p 管道缓冲区的大小,以 Kbytes 为单位。 ulimit – p 512;限制管道缓冲区的大小为 512 Kbytes。
-s 线程栈大小,以 Kbytes 为单位。 ulimit – s 512;限制线程栈的大小为 512 Kbytes。
-t 最大的 CPU 占用时间,以秒为单位。 ulimit – t unlimited;对最大的 CPU 占用时间不进行限制。
-u 用户最大可用的进程数。 ulimit – u 64;限制用户最多可以使用 64 个进程。
-v 进程最大可用的虚拟内存,以 Kbytes 为单位。 ulimit – v 200000;限制最大可用的虚拟内存为 200000 Kbytes。

我们可以通过以下几种方式来使用 ulimit:

  • 在用户的启动脚本中

    如果用户使用的是 bash,就可以在用户的目录下的 .bashrc 文件中,加入 ulimit – u 64,来限制用户最多可以使用 64 个进程。此外,可以在与 .bashrc 功能相当的启动脚本中加入 ulimt。

  • 在应用程序的启动脚本中

    如果用户要对某个应用程序 myapp 进行限制,可以写一个简单的脚本 startmyapp。

    ulimit – s 512
    myapp

    以后只要通过脚本 startmyapp 来启动应用程序,就可以限制应用程序 myapp 的线程栈大小为 512K。

  • 直接在控制台输入  ulimit – p 256 
  • 限制管道的缓冲区为 256K。

用户进程的有效范围

ulimit 作为对资源使用限制的一种工作,是有其作用范围的。那么,它限制的对象是单个用户,单个进程,还是整个系统呢?事实上,ulimit 限制的是当前 shell 进程以及其派生的子进程。举例来说,如果用户同时运行了两个 shell 终端进程,只在其中一个环境中执行了 ulimit – s 100,则该 shell 进程里创建文件的大小收到相应的限制,而同时另一个 shell 终端包括其上运行的子程序都不会受其影响:


Shell 进程 1

ulimit –s 100
cat testFile > newFile
File size limit exceeded

Shell 进程 2

cat testFile > newFile
ls –s newFile
323669 newFile

那么,是否有针对某个具体用户的资源加以限制的方法呢?答案是有的,方法是通过修改系统的 /etc/security/limits 配置文件。该文件不仅能限制指定用户的资源使用,还能限制指定组的资源使用。该文件的每一行都是对限定的一个描述,格式如下:

<domain> <type> <item> <value> 

domain 表示用户或者组的名字,还可以使用 * 作为通配符。Type 可以有两个值,soft 和 hard。Item 则表示需要限定的资源,可以有很多候选值,如 stack,cpu,nofile 等等,分别表示最大的堆栈大小,占用的 cpu 时间,以及打开的文件数。通过添加对应的一行描述,则可以产生相应的限制。例如:

* hard noflle 100

该行配置语句限定了任意用户所能创建的最大文件数是 100。

现在已经可以对进程和用户分别做资源限制了,看似已经足够了,其实不然。很多应用需要对整个系统的资源使用做一个总的限制,这时候我们需要修改 /proc 下的配置文件。/proc 目录下包含了很多系统当前状态的参数,例如 /proc/sys/kernel/pid_max,/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 等等,从文件的名字大致可以猜出所限制的资源种类。由于该目录下涉及的文件众多,在此不一一介绍。有兴趣的读者可打开其中的相关文件查阅说明。

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