python 的资源使用和控制资源模块

一、背景

2021年做可信计算时，由于甲方给的CPU利用率不能不能超过20%；
目的：我们的程序部署甲方服务器上不能阻碍其甲方服务的正常运行
我们的程序在CPU超过20%时，可以休眠几秒后继续运行
此时需要检测控制服务器的CPU资源使用信息，用于做判断程序是否休眠

resource 模块用于测量和控制程序使用的系统资源的基本机制

二、resource 基本用法

2.1 资源限制

• resource.RLIM_INFINITY 无限资源的限制
• resource.getrlimit(resource) 当前资源软硬限制的元组(soft, hard)
• resource.setrlimit(resource, limits) 设置新的资源消耗限制 limits 两个整数的元组
• resource.prlimit(pid, resource[, limits])

  setrlimit()将和结合getrlimit()在一个函数中，支持获取和设置任意进程的资源限制
  如果 pid为0，则调用适用于当前进程
  resource和limits与中的含义相同setrlimit()，limits可选
  当没有给出限制时，该函数返回进程pid的资源限制
  当给定限制时，设置进程的资源限制并返回以前的资源限制
  

  import resource
  
  # 进程可用存储区大小
  soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_AS)
  # 进程最大处理器时间
  soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_CPU)
  
  # 设置cpu最大处理时间
  resource.setrlimit(resource.RLIMIT_CPU, (seconds, hard))
  # 设置进程内存限制，程序运行到没有多余内存时会抛出 MemoryError 异常
  resource.setrlimit(resource.RLIMIT_AS, (size, hard))
  

  resource	解释	说明
  resource.RLIMIT_AS	进程可用存储区大小
  resource.RLIMIT_CPU	进程最大处理器时间	超出限制SIGXCPU则会向进程发送信号
  resource.RLIMIT_FSIZE	进程可创建文件的最大值
  resource.RLIMIT_CORE	core文件最大字节
  resource.RLIMIT_DATA	进程堆的最大大小	数据段最大长度
  resource.RLIMIT_MEMLOCK	可锁定在内存中的最大地址空间	使用mlock能否在存储器中锁定最长字节数
  resource.RLIMIT_NOFILE	当前进程的最大打开文件数
  resource.RLIMIT_NPROC	当前进程可创建的最大进程数
  resource.RLIMIT_RSS	供给进程的最大驻存集的字节长度
  resource.RLIMIT_STACK	当前进程调用栈的最大长度
  resource.RLIMIT_OFILE	-
  resource.RLIMIT_VMEM	进程占用的最大映射内存区域
  resource.RLIMIT_MSGQUEUE	分配给POSIX 消息队列的字节数
  resource.RLIMIT_NICE	进程 nice 级别的上限
  resource.RLIMIT_RTPRIO	实时优先级的上限
  resource.RLIMIT_RTTIME	实时优先级的上限
  resource.RLIMIT_SIGPENDING	进程可能排队的信号数
  resource.RLIMIT_SBSIZE	用户使用的套接字缓冲区的最大大小
  resource.RLIMIT_SWAP	该用户 ID 的所有进程保留或使用的交换空间的最大大小
  resource.RLIMIT_NPTS	用户标识创建的伪终端的最大数量
  resource.RLIMIT_KQUEUES	用户 ID 创建的最大 kqueue 数

2.2 资源使用

resource.getpagesize() 获取页面大小: 返回系统页面中的字节数

resource.getrusage(who) 由who参数指定的当前进程或其子进程消耗的资源

import resource

# 资源使用状况：请求调用进程消耗的资源，进程中所有线程使用的资源总和
sor = resource.getrusage(resource.RUSAGE_SELF)

# 已终止和等待的调用进程的子进程消耗的请求资源
sor = resource.getrusage(resource.RUSAGE_CHILDREN)

# 当前进程和子进程消耗的资源 并非在所有系统上都可用
sor = resource.getrusage(resource.RUSAGE_BOTH)

# 当前线程消耗的资源 可能并非在所有系统上都可用
sor = resource.getrusage(resource.RUSAGE_THREAD)

# 用户模式下的时间(其它参数如下)
print(sor.ru_utime)

序号	函数	描述
0	ru_utime	用户模式下的时间
1	ru_stime	系统模式下的时间
2	ru_maxrss	最大驻留集大小
3	ru_ixrss	共享内存大小
4	ru_idrss	非共享堆栈大小
5	ru_isrss	非共享堆栈大小
6	ru_minflt	不需要 I/O 的页面错误
7	ru_majflt	需要 I/O 的页面错误
8	ru_nswap	换出数量
9	ru_inblock	块输入操作
10	ru_oublock	块输出操作
11	ru_msgsnd	已发送消息
12	ru_msgrcv	收到的消息
13	ru_nsignals	收到的信号
14	ru_nvcsw	自愿上下文切换
15	ru_nivcsw	非自愿上下文切换

官方文档

三、限制进程的CPU处理时间和内存使用量

import signal
import resource
import os

# 限制 CPU 时间
def time_exceeded(signo, frame):
    # 超时时打印提示信息并引发 SystemExit 异常，以终止脚本
    print("CPU exceeded...")
    raise SystemExit(1)

def set_max_runtime(seconds):
    # 获取当前 CPU 时间的软限制和硬限制
    soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_CPU)
    # 设置软限制为指定的时间，硬限制不变
    resource.setrlimit(resource.RLIMIT_CPU, (seconds, hard))
    # 安装一个信号处理程序来处理超时信号 SIGXCPU
    signal.signal(signal.SIGXCPU, time_exceeded)

# 限制内存使用量
def set_max_memory(size):
    # 获取当前内存使用量的软限制和硬限制
    soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_AS)
    # 设置软限制为指定的大小，硬限制不变
    resource.setrlimit(resource.RLIMIT_AS, (size, hard))

• set_max_runtime 函数通过调用 resource 模块中的 getrlimit 和 setrlimit 函数来限制 Python 进程的 CPU 时间。函数首先调用 getrlimit 函数获取当前 CPU 时间的软限制和硬限制，然后将软限制设置为指定的时间，将硬限制保持不变。最后，该函数调用 signal 模块中的 signal 函数，安装一个处理超时信号 SIGXCPU 的信号处理程序，该处理程序在超时时打印一条提示信息并引发 SystemExit 异常以终止脚本。

• set_max_memory 函数同样使用 getrlimit 和 setrlimit 函数来限制 Python 进程的内存使用量。该函数首先调用 getrlimit 函数获取当前内存使用量的软限制和硬限制，然后将软限制设置为指定的大小，将硬限制保持不变。