docker資源控制管理Cgroup的實現(xiàn)-魔扣目錄

前言

1.docker 使用cgroup控制資源，K8S 里面也有l(wèi)imit（使用上限）

2.docker通過cgroup來控制容器使用的資源配額，包括CPU、內(nèi)存、磁盤三大方面，基本覆蓋了常見的資源配額和使用量控制。

3.Cgroup 是 Control group 的簡寫，是 Linux 內(nèi)核提供的一種限制所使用物理資源的機制，包括 CPU、內(nèi)存和 IO 這三大方面，基本覆蓋了常見的資源配額和使用量控制

4.cgroup是一種資源控制手段,也是容器隔離的6個名稱空間的一種實現(xiàn)手段

一、對CPU使用率的控制

1、使用stress工具測試CPU和內(nèi)存使用情況

mkdir /opt/stress
vim /opt/stress/Dockerfile
 
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
 
FROM centos:7
RUN yum -y install wget
RUN wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo		#epel源，可以使用擴展軟件包（stress）
RUN yum -y install stress		#可以指定產(chǎn)生線程，使用循環(huán)語句，測試用'
 
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
cd /opt/stress/
systemctl restart docker.service		#建議重啟docker，不然下面的操作可能會失敗，卡在wget
docker build -t centos:stress .		#生成鏡像
...
...
Successfully built 7e69cc4d1b07
Successfully tagged centos:stress
 
 
docker images 
 
#以下可以使用該鏡像為基礎(chǔ)產(chǎn)生的容器進行測試：'

docker資源控制管理Cgroup的實現(xiàn)

2、設(shè)置CPU資源占用比（設(shè)置多個容器時才有效）

Docker通過–cpu-shares指定CPU份額，默認(rèn)值為1024，值為1024的倍數(shù)。
資源分配結(jié)果取決于同時運行的其他容器的CPU分配和容器中進程運行情況。
cgroups只在容器分配的資源緊缺時，即在需要對容器使用的資源進行限制時，才會生效。因此，無法單純根據(jù)某個容器的CPU份額來確定有多少CPU資源分配給它。

示例：創(chuàng)建兩個容器為cpu512和cpu1024，若只有這兩個容器，設(shè)置容器的權(quán)重，使得cpu512和cpu1024的CPU資源占比為1/3和2/3。

docker run -itd --name cpu512 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 10    #-c 10表示產(chǎn)生10個子線程，測試用
docker run -itd --name cpu1024 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 10
 
#查看容器的資源使用狀態(tài)（動態(tài)更新）
docker stats
 
資源是用cadvisor收集的

docker資源控制管理Cgroup的實現(xiàn)

3、限制 CPU 使用周期速率

cat /sys/fs/cgroup/cpu/docker/[容器ID]/cpu.cfs_quota_us
#-1，表示不做控制
 
#例如:容器進程需要每Ⅰ秒使用單個cPU的 0.2秒時間，可以將 --cpu-period 設(shè)置為1000000(即1秒)，cpu-quota 設(shè)置為200000 0.2秒)。
#當(dāng)然，在多核情況下，如果允許容器進程完全占用兩個CPU，則可以將cpu-period 設(shè)置為 100000(即 0.1秒)，cpu-quota 設(shè)置為200000 （0.2秒)。
docker run -itd --name test01 --cpu-period 100000 --cpu-quota 200000 centos:stress 
 
#也可以直接去修改文件vim /sys/fs/cgroup/cpu/docker/[容器ID]/cpu.cfs_quota_us
 
#法一：進入指定容器查看
docker exec -it test01 bash
cd /sys/fs/cgroup/cpu
cat cpu.cfs_period_us 
cat cpu.cfs_quota_us
 
#法二：docker inspect 容器ID
docker inspect 6ccc4ddcb6ad

4、限制 CPU 內(nèi)核使用

可以通過配置，使得某些程序獨享 CPU 內(nèi)核，以提高其處理速度
對多核CPU的服務(wù)器，Docker還可以控制容器**運行使用哪些CPU內(nèi)核**，即使用–cpuset-cpus參數(shù)。這對具有多CPU的服務(wù)器尤其有用，可以對需要高性能計算的容器進行性能最優(yōu)的配置

docker run -itd --name cpu1 --cpuset-cpus 0-1 centos:stress
#執(zhí)行以上命令需要宿主機為雙核，表示創(chuàng)建的容器只能用0、1兩個內(nèi)核。最終生成的 cgroup的 CPU內(nèi)核配置如下
 
cat /sys/fs/cgroup/cpuset/docker/[容器ID]/cpuset.cpus
 
docker exec -it cpu1 /bin/bash -c "stress -c 10"

二、對內(nèi)存限額

docker run -itd -m 200M --memory-swap 300M --name test01 centos:stress
docker stats

三、對-Block IO的限制

默認(rèn)情況下，所有容器能平等地讀寫磁盤，可以通過設(shè)置–blkio-weight參數(shù)來改變?nèi)萜?block IO的優(yōu)先級。
–blkio-weight 與–cpu-shares類似，設(shè)置的是相對權(quán)重值，默認(rèn)為500。

在下面的例子中，容器A讀寫磁盤的帶寬是容器B的兩倍。

#容器A
docker run -it --name container_A --blkio-weight 600 centos:stress
cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight
#容器B
docker run -it --name container_B --blkio-weight 300 centos:stress
cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight

四、bps 和iops 的限制

bps 是byte per second，每秒讀寫的數(shù)據(jù)量。
iops是io per second，每秒IO的次數(shù)。
可通過以下參數(shù)控制容器的bps 和iops:
–device-read-bps，限制讀菜個設(shè)備的bps。
–device-write-bps，限制寫某個設(shè)備的bps。
–device-read-iops，限制讀某個設(shè)備的iops。
–device-write-iops，限制寫某個設(shè)備的iops

#下面的示例是限制容器寫/dev/sda 的速率為5MB/s
docker run -it --device-write-bps /dev/sda:5MB centos:stress 
dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=100 oflag=direct
100+0 records in
100+0 records out
104857600 bytes (105 MB) copied, 20.0018 s, 5.2 MB/s
 
#通過dd命令測試在容器中寫磁盤的速度。因為容器的文件系統(tǒng)是在 host /dev/sda 上的。
#在容器中寫文件相當(dāng)子對host /dev/sda進行寫操作。另外，oflag=direct指定用direct IO 方式寫文件，這樣--device-write-bps才能生效。
#結(jié)果表明限速 5MB/s左右。作為對比測試，如果不限速，結(jié)果如下。
docker run -it centos:stress 
dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=100 oflag=direct
100+0 records in
100+0 records out
104857600 bytes (105 MB) copied, 0.0470107 s, 2.2 GB/s

五、總結(jié)

Cgroups如何工作的？

CPU —>VCPU–>以進程的方式體現(xiàn)在workstation環(huán)境(docker環(huán)境中) —》docker表現(xiàn)形式是容器，–>Vcpu以進程的方式控制容器–》容器中的應(yīng)用需要的是服務(wù)進程支持–》宿主機內(nèi)核中cpu可以被cgroup管理（通過分配資源手段）–》linux內(nèi)核中的cgroup可以直接控制VCPU的資源分配，而VCPU在workstation中是以進程的方式管理docker容器的，所以，也可以認(rèn)為Cgroups在直接/間接管理docker容器中的應(yīng)用。

cgroup對cpu限制小結(jié)

Cgroups 控制的是內(nèi)核資源—》間接控制vw中vcpu的資源—》控制著vwM中進程資源—》docker容器的資源—》docker容器內(nèi)應(yīng)用的資源

控制的主體包括:CPU、內(nèi)存、I/O

主要介紹的是CPU資源的控制而CPU資源控制的方式主要有:

①cpu-shares權(quán)重指的是多個容器使用同一個CPU的情況下，被分配到CPU資源的機會占比

②cpu-period周期指的是，CPU在給于當(dāng)前管理、控制的容器分配資源時，CPU的分配周期，默認(rèn)是1s，此項配置，可以在運行時直接指定

③cpuset-cpus指定容器，僅能使用指定的CPU，按照CPU的下標(biāo)來表示

cgroup對內(nèi)存的限制小結(jié)

Cgroups 對于內(nèi)存的限制，主要體現(xiàn)在以下兩個部分：

①內(nèi)存使用上限（硬限制）

②內(nèi)存+swap使用上限（硬限制)

類比于K8s中的資源限制手段，也是使用的cgroups的技術(shù)，體現(xiàn)為limit

respones:
  request:    #分配的初始資源
    cpu：100m
    memory：100m
  limits：
    cpu：300m
    memory：200m

資源限制的主要類型

CPU權(quán)重shares、 quota、 cpuset
磁盤BPS、 TPS限制，指定使用哪個磁盤、磁盤分區(qū)
內(nèi)存 -m – swap 內(nèi)存、交換分區(qū)

大部分做的是上限的限制

資源限制的幾種方式

build構(gòu)建鏡像時，可以指定該鏡像的資源限制
run將鏡像跑為容器的時候，可以指定容器的資源限制
容器啟動之后可以在宿主機對應(yīng)容器的目錄下，修改資源限制，然后重載
/sys/ fs/cgroup/* (cpu、b1k、 mem) /docker/容器ID/ ——>修改對應(yīng)的資源限制文件參數(shù)就可以

資源限制的狀態(tài)查詢

docker inspect 鏡像ID/容器ID
直接查看宿主機對應(yīng)容器ID資源限制的文件
cgroup資源docker 原理之一， namespaces 6個名稱空間

像時，可以指定該鏡像的資源限制

run將鏡像跑為容器的時候，可以指定容器的資源限制
容器啟動之后可以在宿主機對應(yīng)容器的目錄下，修改資源限制，然后重載
/sys/ fs/cgroup/* (cpu、b1k、 mem) /docker/容器ID/ ——>修改對應(yīng)的資源限制文件參數(shù)就可以

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