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通过 ulimit 改善系统性能

2016-11-25 15:46 700 0 原创 Linux
作者: Dave

 

 

.  ulimit 的功能和用法

1.1 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。



1.2 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。


1. ulimit 参数说明

选项 [options]

含义 https://www.cndba.cn/Dave/article/645

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, blocks 为单位。 https://www.cndba.cn/Dave/article/645

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 https://www.cndba.cn/Dave/article/645

-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。

https://www.cndba.cn/Dave/article/645

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

1)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

2)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

3)直接在控制台输入

 user@tc511-ui:~>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:https://www.cndba.cn/Dave/article/645


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 hardItem 则表示需要限定的资源,可以有很多候选值,如 stackcpunofile 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。

 

.  ulimit 管理系统资源的例子

       ulimit 提供了在 shell 进程中限制系统资源的功能。本章列举了一些使用 ulimit 对用户进程进行限制的例子,详述了这些限制行为以及对应的影响,以此来说明 ulimit 如何对系统资源进行限制,从而达到调节系统性能的功能。

 

3.1  使用 ulimit 限制 shell 的内存使用

       在这一小节里向读者展示如何使用 d,– m v 选项来对 shell 所使用的内存进行限制。

首先我们来看一下不设置 ulimit 限制时调用 ls 命令的情况:


2. 未设置 ulimit ls 命令使用情况

大家可以看到此时的 ls 命令运行正常。下面设置 ulimit

 >ulimit -d 1000 -m 1000 -v 1000

 

这里再温习一下前面章节里介绍过的这三个选项的含义:

-d:设置数据段的最大值。单位:KB

-m:设置可以使用的常驻内存的最大值。单位:KB

-v:设置虚拟内存的最大值。单位:KB

 

通过上面的 ulimit 设置我们已经把当前 shell 所能使用的最大内存限制在 1000KB 以下。接下来我们看看这时运行 ls 命令会得到什么样的结果:

 haohe@sles10-hehao:~/code/ulimit> ls test -l

 /bin/ls: error while loading shared libraries: libc.so.6: failed to map segment

 from shared object: Cannot allocate memory

 

从上面的结果可以看到,此时 ls 运行失败。根据系统给出的错误信息我们可以看出是由于调用 libc 库时内存分配失败而导致的 ls 出错。那么我们来看一下这个 libc 库文件到底有多大:


3. 查看 libc 文件大小

从上面的信息可以看出,这个 libc 库文件的大小是 1.5MB。而我们用 ulimit 所设置的内存使用上限是 1000KB,小于 1.5MB,这也就充分证明了 ulimit 所起到的限制 shell 内存使用的功能。

 

3.2 使用 ulimit 限制 shell 创建的文件的大小

       接下来向读者展示如何使用 -f 选项来对 shell 所能创建的文件大小进行限制。

首先我们来看一下,没有设置 ulimit -f 时的情况:


4. 查看文件

现有一个文件 testFile 大小为 323669 bytes,现在使用 cat 命令来创建一个 testFile copy


5. 未设置 ulimit 时创建复本

从上面的输出可以看出,我们成功的创建了 testFile 的拷贝 newFile

下面我们设置 ulimt f 100

 > ulimit -f 100

 

-f 选项的含义是:用来设置 shell 可以创建的文件的最大值。单位是 blocks

现在我们再来执行一次相同的拷贝命令看看会是什么结果:


6. 设置 ulimit 时创建复本

这次创建 testFile 的拷贝失败了,系统给出的出错信息时文件大小超出了限制。在 Linux 系统下一个 block 的默认大小是 512 bytes。所以上面的 ulimit 的含义就是限制 shell 所能创建的文件最大值为 512 x 100 = 51200 bytes,小于 323669 bytes,所以创建文件失败,符合我们的期望。这个例子说明了如何使用 ulimit 来控制 shell 所能创建的最大文件。

 

3.3  使用 ulimit 限制程序所能创建的 socket 数量

       考虑一个现实中的实际需求。对于一个 C/S 模型中的 server 程序来说,它会为多个 client 程序请求创建多个 socket 端口给与响应。如果恰好有大量的 client 同时向 server 发出请求,那么此时 server 就会需要创建大量的 socket 连接。但在一个系统当中,往往需要限制单个 server 程序所能使用的最大 socket 数,以供其他的 server 程序所使用。那么我们如何来做到这一点呢?答案是我们可以通过 ulimit 来实现!细心的读者可能会发现,通过前面章节的介绍似乎没有限制 socket 使用的 ulimit 选项。是的,ulimit 并没有哪个选项直接说是用来限制 socket 的数量的。但是,我们有 -n 这个选项,它是用于限制一个进程所能打开的文件描述符的最大值。在 Linux 下一切资源皆文件,普通文件是文件,磁盘打印机是文件,socket 当然也是文件。在 Linux 下创建一个新的 socket 连接,实际上就是创建一个新的文件描述符。如下图所示(查看某个进程当前打开的文件描述符信息):


7. 查看进程打开文件描述符

因此,我们可以通过使用 ulimit n 来限制程序所能打开的最大文件描述符数量,从而达到限制 socket 创建的数量。

 

3.4  使用 ulimit 限制 shell 多线程程序堆栈的大小(增加可用线程数量)https://www.cndba.cn/Dave/article/645

       在最后一个例子中,向大家介绍如何使用 -s(单位 KB)来对线程的堆栈大小进行限制,从而减少整个多线程程序的内存使用,增加可用线程的数量。这个例子取自于一个真实的案例。我们所遇到的问题是系统对我们的多线程程序有如下的限制:

ulimit -v 200000

根据本文前面的介绍,这意味着我们的程序最多只能使用不到 200MB 的虚拟内存。由于我们的程序是一个多线程程序,程序在运行时会根据需要创建新的线程,这势必会增加总的内存需求量。一开始我们对堆栈大小的限制是 1024 (本例子中使用 1232 来说明):

 # ulimit – s 1232

 

当我们的程序启动后,通过 pmap 来查看其内存使用情况,可以看到多个占用 1232KB 的数据段,这些就是程序所创建的线程所使用的堆栈:


8. 程序线程所使用的堆栈

       每当一个新的线程被创建时都需要新分配一段大小为 1232KB 的内存空间,而我们总的虚拟内存限制是 200MB,所以如果我们需要创建更多的线程,那么一个可以改进的方法就是减少每个线程的固定堆栈大小,这可以通过 ulimit s 来实现:

 # ulimit -s 512

https://www.cndba.cn/Dave/article/645

 

我们将堆栈大小设置为 512KB,这时再通过 pmap 查看一下我们的设置是否起作用:


9. 设置 ulimit 后堆栈大小

从上面的信息可以看出,我们已经成功的将线程的堆栈大小改为 512KB 了,这样在总内存使用限制不变的情况下,我们可以通过本小节介绍的方法来增加可以创建的线程数,从而达到改善程序的多线程性能。

 

总结

       综上所述,linux 系统中的 ulimit 指令,对资源限制和系统性能优化提供了一条便捷的途径。从用户的 shell 启动脚本,应用程序启动脚本,以及直接在控制台,都可以通过该指令限制系统资源的使用,包括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,等等方面。本文中的示例非常直观的说明了 ulimit 的使用及其产生的效果,显而易见,ulimit 对我们在 Linux 平台的应用和开发工作是非常实用的。

 

 

 

From

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-ulimit/?S_TACT=105AGX52&S_CMP=tec-csdn

https://www.cndba.cn/Dave/article/645

 

 

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Blog http://blog.csdn.net/tianlesoftware

网上资源: http://tianlesoftware.download.csdn.net https://www.cndba.cn/Dave/article/645

相关视频:http://blog.csdn.net/tianlesoftware/archive/2009/11/27/4886500.aspx https://www.cndba.cn/Dave/article/645

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