CPUQuotaの使い方 - hana_shinのLinux技術ブログ

1 CPUQuotaとは?
2 検証環境
3 事前準備（stress-ngパッケージのインストール）
4 動作確認(CPUQuotaを設定しない場合）
5 動作確認(CPUQuota=10%を設定した場合）
6 まとめ
Y 参考図書
Z 参考情報

1 CPUQuotaとは?

CPUQuotaは、プロセスに割り当てられるCPUリソースの割合を制限するための機能です。CPUQuotaを設定すると、特定のプロセスがシステム全体のCPUリソースのうち、一定の割合しか利用できなくなります。例えば、CPUQuotaに20%を設定すると、そのユニットファイルで指定されたプロセスは、システム上のCPUリソースのうち20%まで利用できるようになります。これにより、他の重要なプロセスが十分なCPUリソースを利用できるようになり、システム全体の安定性やパフォーマンスを向上させることができます。

本記事では、CPUQuotaにCPU使用率を設定して、その効果を検証してみます。

2 検証環境

AlmaLinux版数は以下のとおりです。

[root@server ~]# cat /etc/redhat-release
AlmaLinux release 9.2 (Turquoise Kodkod)

カーネル版数は以下のとおりです。

[root@server ~]# uname -r
5.14.0-284.11.1.el9_2.x86_64

仮想マシンに搭載しているCPU数は4個です。lscpuの使い方は、lscpuコマンドの使い方 - hana_shinのLinux技術ブログを参照してください。

[root@server ~]# lscpu -ae
CPU NODE SOCKET CORE L1d:L1i:L2:L3 ONLINE
  0    0      0    0 0:0:0:0          yes
  1    0      1    1 1:1:1:1          yes
  2    0      2    2 2:2:2:2          yes
  3    0      3    3 3:3:3:3          yes

3 事前準備（stress-ngパッケージのインストール）

CPU負荷をかけるため、stress-ngパッケージをインストールします。stress-ngパッケージはepelリポジトリにあるので、まず、epel-releaseパッケージをインストールします。

[root@server ~]# yum -y install epel-release

次に、stress-ngパッケージをインストールします。

[root@server ~]# yum -y install stress-ng

stress-ngコマンドの版数を確認します。

[root@server ~]# stress-ng -V
stress-ng, version 0.15.00 (gcc 11.3, x86_64 Linux 5.14.0-284.11.1.el9_2.x86_64) ?諮

なお、stress-ngコマンドの使い方は、stress-ngコマンドの使い方 - hana_shinのLinux技術ブログを参照してください。

4 動作確認(CPUQuotaを設定しない場合）

4.1 実験1（1つのCPUに負荷をかけた場合）

1つのCPUにCPU使用率40%の負荷をかけるユニットファイルを作成します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 1 -l 40

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使ってstress-ngプロセスのCPU使用率を確認すると、CPU1の使用率が約40%であることがわかります。なお、psコマンドの使い方は、psコマンドの使い方 - hana_shinのLinux技術ブログを参照してください。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          2328       1   3  0.1 do_wait
stress-ng          2329    2328   1 39.7 -

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

4.2 実験2（2つのCPUに負荷をかけた場合）

2つのCPUにCPU使用率40%の負荷をかけるユニットファイルを作成します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 2 -l 40

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使ってstress-ngプロセスのCPU使用率を確認すると、CPU2,CPU3の使用率が約40%であることがわかります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          1378       1   0  0.1 do_wait
stress-ng          1379    1378   2 39.2 -
stress-ng          1380    1378   3 39.1 -

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

4.3 実験3（3つのCPUに負荷をかけた場合）

3つのCPUにCPU使用率40%の負荷をかけるユニットファイルを作成します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 3 -l 40

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使ってstress-ngプロセスのCPU使用率を確認すると、CPU1,CPU2,CPU3の使用率が約40%であることがわかります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          1416       1   0  0.0 do_wait
stress-ng          1417    1416   1 39.2 do_select
stress-ng          1418    1416   2 39.0 do_select
stress-ng          1419    1416   3 39.2 do_select

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

4.4 実験4（4つのCPUに負荷をかけた場合）

4つのCPUにCPU使用率40%の負荷をかけるユニットファイルを作成します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 4 -l 40

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使ってstress-ngプロセスのCPU使用率を確認すると、CPU0,CPU1,CPU2,CPU3の使用率が約40%であることがわかります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          2365       1   1  0.0 do_wait
stress-ng          2366    2365   0 39.6 do_select
stress-ng          2367    2365   3 39.6 do_select
stress-ng          2368    2365   2 39.7 do_select
stress-ng          2369    2365   1 39.7 do_select

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

5 動作確認(CPUQuota=10%を設定した場合）

5.1 実験5（1つのCPUに負荷をかけた場合）

1つのCPUでCPU使用率が40%になるようにユニットファイルを作成します。このとき、CPUQuotaに10%を設定します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 1 -l 40
CPUQuota=10%

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使用して、stress-ngプロセスのCPU使用率を確認しました。CPU0のCPU使用率が8.8%であるため、stress-ngプロセスはシステム全体でCPUを8.8%使用しています。CPUQuotaとして10%を指定しているため、ほぼ期待どおりのCPU使用率であることが分かります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          2105       1   3  0.0 do_wait
stress-ng          2106    2105   0  8.8 -

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

5.2 実験6（2つのCPUに負荷をかけた場合）

2つのCPUでCPU使用率が40%になるようにユニットファイルを作成します。このとき、CPUQuotaに10%を設定します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 2 -l 40
CPUQuota=10%

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使用して、stress-ngプロセスのCPU使用率を確認しました。各CPUの使用率は以下の通りです：CPU1=5.0%、CPU3=4.6%。したがって、stress-ngプロセスはシステム全体でCPUを合計で9.6%使用しています。CPUQuotaとして10%を設定しているため、ほぼ期待どおりのCPU使用率であることがわかります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          2163       1   0  0.2 do_wait
stress-ng          2164    2163   3  4.6 -
stress-ng          2165    2163   1  5.0 -

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

5.3 実験7（3つのCPUに負荷をかけた場合）

3つのCPUでCPU使用率が40%になるようにユニットファイルを作成します。このとき、CPUQuotaに10%を設定します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 3 -l 40
CPUQuota=10%

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使用して、stress-ngプロセスのCPU使用率を確認しました。各CPUの使用率は以下の通りです：CPU0=3.2%、CPU2=3.3%、CPU3=3.3%。したがって、stress-ngプロセスはシステム全体でCPUを合計で9.8%使用しています。CPUQuotaとして10%を設定しているため、ほぼ期待どおりのCPU使用率であることが分かります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          2198       1   2  0.0 do_wait
stress-ng          2199    2198   0  3.2 -
stress-ng          2200    2198   3  3.3 -
stress-ng          2201    2198   2  3.3 -

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

5.4 実験8（4つのCPUに負荷をかけた場合）

4つのCPUでCPU使用率が40%になるようにユニットファイルを作成します。このとき、CPUQuotaに10%を設定します。

[root@server ~]# vi /etc/systemd/system/stress-ng.service
[root@server ~]# cat /etc/systemd/system/stress-ng.service
[Unit]
Description=CPUQuotaTest

[Service]
ExecStart=stress-ng -k -c 4 -l 40
CPUQuota=10%

[Install]
WantedBy=multi-user.target

ユニットファイルを変更したので、Systemdに設定ファイルの再読み込みを指示します。

[root@server ~]# systemctl daemon-reload

stress-ngサービスを起動します。

[root@server ~]# systemctl start stress-ng.service

psコマンドを使用して、stress-ngプロセスのCPU使用率を確認しました。各CPUの使用率は以下の通りです：CPU0=2.4%、CPU1=2.4%、CPU2=2.1%、CPU3=2.2%。したがって、stress-ngプロセスはシステム全体でCPUを合計で9.1%使用しています。CPUQuotaとして10%を設定しているため、ほぼ期待どおりのCPU使用率であることが分かります。

[root@server ~]# ps -C stress-ng -o comm,pid,ppid,psr,%cpu,wchan
COMMAND             PID    PPID PSR %CPU WCHAN
stress-ng          2234       1   2  0.1 do_wait
stress-ng          2235    2234   3  2.2 -
stress-ng          2236    2234   2  2.1 -
stress-ng          2237    2234   1  2.4 -
stress-ng          2238    2234   0  2.4 -

stress-ngサービスを停止します。

[root@server ~]# systemctl stop stress-ng.service

6 まとめ

(1) CPUQuota未使用時のCPU使用率
CPUQuotaを指定していないため、stress-ngコマンドの引数で指定したCPU使用率（40%）までCPUが使用されていることが分かります。

	CPU0	CPU1	CPU2	CPU3
実験1	-	39.7	-	-
実験2	-	-	39.2	39.1
実験3	-	39.2	39.0	39.2
実験4	39.6	39.7	39.7	39.6

(2) CPUQuota=10%を指定した時のCPU使用率
CPU使用率の合計がCPUQuotaで指定したCPU使用率(10%)未満になっていることがわかります。

	CPU0	CPU1	CPU2	CPU3	CPU使用率の合計
実験5	8.8	-	-	-	8.8
実験6	-	5.0	-	4.6	9.6
実験7	3.2	-	3.3	3.3	9.8
実験8	2.4	2.4	2.1	2.2	9.1

Y 参考図書

TECHNICAL MASTER はじめてのAlmaLinux 9 & Rocky Linux 9 Linuxサーバエンジニア入門編

TECHNICAL MASTER はじめてのAlmaLinux 9 & Rocky Linux 9 Linuxサーバエンジニア入門編 (TECHNICAL MASTER 100) 単行本

Rocky Linux & AlmaLinux実践ガイド impress top gearシリーズ

Rocky Linux & AlmaLinux実践ガイド (impress top gear) 単行本

Z 参考情報

私が業務や記事執筆で参考にした書籍を以下のページに記載します。
Linux技術のスキルアップをしよう！ - hana_shinのLinux技術ブログ