cgroups（シーグループス）

2025年11月1日

cgroups（シーグループス）

英語表記: cgroups

概要

cgroups（Control Groups）とは、Linuxカーネルに実装されている機能の一つで、システム上のプロセスやタスクが利用できるCPU時間、メモリ容量、ディスクI/Oなどのシステムリソースを制限、管理、隔離するために使用されます。特に、多数のプロセスが動作するサーバOSの環境において、安定性と公平なリソース配分を実現するための非常に重要な「カーネルパラメータ」（より正確にはカーネル機能）として位置づけられています。この機能を利用することで、特定のアプリケーションやサービスが暴走してシステム全体のリソースを食い尽くしてしまうのを防ぎ、サーバチューニングとパフォーマンスの最適化を可能にしています。

詳細解説

cgroupsは、サーバOSのパフォーマンス管理において、現代のシステムアーキテクチャでは欠かせない機能です。その主な目的は、リソースの「隔離（Isolation）」と「制御（Control）」にあります。

目的と背景：なぜcgroupsが必要なのか

従来のOSでは、プロセスが利用できるリソースを細かく制御することが難しく、一つのプロセスが大量のメモリやCPUを占有してしまうと、他の重要なサービスが停止したり、システム全体の応答速度が極端に低下したりする問題がありました。特にクラウド環境やコンテナ技術（Docker, Kubernetesなど）が普及した現在、一つのOS上で複数の独立したワークロードを安定して動作させる必要性が高まっています。cgroupsは、この課題を解決するためにLinuxカーネルに組み込まれた機能なのです。

これが「サーバOSのチューニング」の文脈で重要視されるのは、cgroupsの設定を通じて、アプリケーションのサービス品質保証（QoS: Quality of Service）を実現できるからです。例えば、Webサーバには常に十分なCPUリソースを割り当て、バックグラウンドのバッチ処理には残りのリソースを制限付きで割り当てる、といった柔軟な制御が可能になります。

主要コンポーネントと動作原理

cgroupsは主に以下の要素で構成されています。

タスク（Tasks）: 制御対象となるプロセスやスレッドのことです。
グループ（Groups）: タスクをまとめる論理的な集合体です。これが「cgroup」の核となります。
コントローラ（Controllers / Subsystems）: 具体的なリソース制御を行うモジュールです。

cgroupsの動作原理は、タスク（プロセス）を特定のグループに所属させ、そのグループに対して「コントローラ」を通じてリソース制限を設定することにあります。このグループ構造は階層的（ツリー構造）になっており、親グループで設定された制限が子グループに継承される仕組みになっています。この階層構造が、複雑なリソース管理を可能にしています。

主要なコントローラには以下のようなものがあります。

cpu: CPU時間の使用率を制限、あるいは優先度を設定します。サーバの応答性を高める上で最も頻繁に調整される項目の一つです。
memory: プロセスグループが使用できるメモリ容量（RAM）を制限します。メモリ不足によるシステム全体のフリーズを防ぐために極めて重要です。
blkio: ブロックI/O（ディスクアクセス）の帯域幅や操作回数を制限します。特定のアプリケーションがディスクアクセスを占有し、他のサービスが遅延するのを防ぎます。
net_cls / net_prio: ネットワークパケットのマーキングや優先度設定に使用されます。

これらのコントローラを設定ファイルや専用のコマンドを通じて調整することが、まさに「カーネルパラメータ」のチューニング作業となるわけです。

cgroups v1とv2

現在、cgroupsにはv1とv2のバージョンが存在します。v1は構造が複雑で、複数のコントローラを一つの階層にマウントできないなどの制約がありました。これに対し、cgroups v2は統一された単一の階層構造を採用し、管理が大幅に簡素化されています。最新のLinuxディストリビューションやコンテナランタイムはv2への移行を進めており、サーバOSの管理者はこのバージョンアップの動向を把握しておく必要があります。

cgroupsは、単なる設定値（パラメータ）というよりは、OSの根本的な振る舞いを決定する「機能」ですが、その設定値を通じてパフォーマンスを制御するため、サーバチューニングの文脈では「カーネルパラメータ」の一部として扱われるのです。

（文字数：約1,500文字）

具体例・活用シーン

cgroupsは、私たちが日常的に利用している多くのサーバ環境の安定稼働を支えています。

1. コンテナ技術の基盤

現代のサーバOSチューニングにおいて、cgroupsの最も重要な活用シーンは、DockerやKubernetesなどのコンテナ技術の基盤として機能している点です。

具体例: Dockerコンテナを起動する際、「このコンテナにはCPUコアを2つ、メモリを4GBまでしか使わせない」という設定を簡単に行えます。Dockerがこの設定をLinuxカーネルのcgroups機能に渡し、コンテナ内のプロセスがその制限を超えないようにOSレベルで制御されるのです。これにより、あるコンテナがバグや負荷急増で暴走しても、他のコンテナやホストOS全体に影響が及ぶのを防ぎます。これは、サーバの安定性を確保する上で非常に重要です。

2. リソースの公平な配分を保証する食堂の例（アナロジー）

cgroupsの動作を理解するための比喩として、「社員食堂の座席予約システム」を考えてみましょう。

大規模なIT企業のサーバOSを、社員食堂全体だと想像してください。食堂には様々な部署（プロセスグループ）の社員が食事に来ます。

食堂のテーブル（リソース）: CPU、メモリ、I/Oなどのリソースです。
部署A（重要サービス）: 会社の売上に直結するWebサービス部門。
部署B（バッチ処理）: 夜間に動くデータ集計部門。

もしcgroupsがなければ、部署Bが昼食時に一度に大量に押し寄せ、食堂の座席（CPU時間）や食器（I/O）を占有してしまうかもしれません。その結果、重要度の高い部署Aの社員が食事（処理）をできなくなり、会社の業務（システム）が滞ってしまいます。

cgroupsは、この食堂の座席予約システム（リソースコントローラ）の役割を果たします。

制限: 「部署Bは、同時に使える座席を全体の20%まで」と制限します（Memory/CPU制限）。
優先度: 「部署Aには、常に優先度の高い座席を確保する」と設定します（CPU優先度設定）。

これにより、部署Bがどれだけ負荷をかけても、部署Aの安定した食事（処理）が保証されます。このように、cgroupsは単に制限するだけでなく、優先度を設定することで、サーバチューニングの目的である「重要な処理を優先的に実行させる」という要求に応えているのです。

3. サーバの高密度化

クラウド環境では、物理サーバ一台にできるだけ多くの仮想環境やコンテナを詰め込みたい（高密度化）という要求があります。cgroupsを適切に設定することで、各テナントやアプリケーションのリソース使用量を厳密に管理し、オーバーコミット（リソースの過剰割り当て）を安全に行えるようになります。これは、コスト効率の高いサーバ運用に直結する重要な技術です。

（文字数：約2,300文字）

資格試験向けチェックポイント

cgroupsは、ITパスポート試験の範囲ではほぼ出題されませんが、基本的な情報技術者試験（FE）や応用情報技術者試験（AP）では、サーバOSの高度な機能や仮想化、コンテナ技術の文脈で問われる可能性があります。特に「サーバチューニングとパフォーマンス」の分野を深く学ぶ上で不可欠な概念です。

典型的な出題パターンと学習のヒント:

キーワードの関連付け: cgroups＝「リソース隔離」「リソース制御」「コンテナ技術の基盤機能」「カーネル機能」をセットで覚えることが肝心です。
目的理解: cgroupsの最大の目的は、システム全体のリソースを公平に、かつ安定的に配分することです。特定のプロセスが他のプロセスに悪影響を及ぼす「ノイジーネイバー（騒がしい隣人）」問題を解決する手段として理解しましょう。
階層構造: cgroupsが階層的な構造を持ち、親グループの設定が子グループに継承されるという仕組みは、高度な試験対策として重要です。

cgroupsの設定は、サーバOSのパフォーマンスを最適化し、安定したサービス提供を保証するための、まさに「縁の下の力持ち」的なカーネル機能であることを、試験対策を通じて深く理解してください。