docker-------Cgroup资源配置方法

前言

默认情况下容器时没有资源限制的，因为它自身就是一个进程，当一个容器占用太多资源的话，会对其他的容器产生影响，所以合理分配容器资源是作为管理员必要关注的问题
docker通过Cgroup来控制容器使用的资源配额，包括CPU、内存、磁盘三大方面，基本覆盖了常见资源配额和使用量控制

一、Cgroup资源配置

Cgroup是Control Groups的缩写，是Linux内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组所使用的物理资源(如CPU、内存、磁盘l0等等)的机制，被LXC、docker 等很多项目用于实现进程资源控制。Cgroup 本身是提供将进程进行分组化管理的功能和接口的基础结构，I/O或内存的分配控制等具体的资源管理是通过该功能来实现的,这些具体的资源管理功能称为Cgroup子系统，有以下几大子系统实现:

• blkio:设置限制每块设备的输入输出控制，例如：磁盘，光盘和usb等
• CPU：使用调度程序为cgroup任务提供CPU访问
• cpuacct:产生cgroup任务的CPU资源报告
• cpuset：如果是多核心的CPU，这个子系统会为cgroup任务分配单独的CPU和内存
• devices：允许或拒绝cgroup任务对设备的访问
• freezer：暂停和恢复cgroup任务
• memory:设置每个cgroup的内存限制以及产生内存资源报告
• net_cls：标记每个网络包以供cgroup方便使用
• ns：命名空间子系统
• perf_event：增加了每个group的监测跟踪的能力，可以监测属于某个特定的group的所有线程以及允许再特定CPU上的线程

二、测试CPU和内存

使用Dockerfile来创建一个基于centos的stress工具镜像

mkdir /opt/stress
cd /opt/stress

vim Dockerfile
FROM centos:7
MAINTAINER HZH<397615552@qq.com>
RUN yum install -y wget
RUN wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo
RUN yum install -y stress

docker build -t centos:stress .

使用下面命令创建容器，命令中–cpu-shares参数值不能保证可以获得1个vcpu或者多少GHz的CPU资源，它仅仅是一个弹性的加权值

docker run -itd --cpu-shares 100 centos:stress

说明:默认情况下，每个Docker容器的CPU份额都是1024。 单独一个容器的份额是没有意义的。只有在同时运行多个容器时，容器的CPU加权的效果才能体现出来。
例如：启动2个容器及允许查看CPU的使用百分比

docker run -itd --name cpu512 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 10  #容器产生10个子函数进程
docker exec -it xxxxxxxx bash  		#进入容器使用top查看cpu使用情况

再开一个容器做比较
docker run -itd ---name cpu1024 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 10
docker exec -it xxxxxxxxx bash      #进入容器使用top对比两个容器的%CPU,比例是1：2

三、CPU周期限制

1、Docker提供了–cpu-period、–cpu-quota两个参数控制容器可以分配到的CPU时钟周期

• –cpu-period：是用来指定容器CPU的使用要在多长时间内做一次重新分配
• –cpu-quota：是用来指定在这个周期内，最多可以有多少时间用来跑这个容器
• 与–cpu-share不同的是，这种配置是指定的一个绝对值，容器对CPU资源的使用绝对不会超过配置的值
  2、–cpu-period、–cpu-quota的单位为微秒
• –cpu-period的最小值为1000微秒，最大值为1秒，默认为0.1秒
• –cpu-quota的值默认为-1，表示不做控制，–cpu-period、–cpu-quota参数一般都是联合使用

例如：容器进程需要每1秒使用单个CPU的0.2秒时间，可以将cpu-period设置为100000（即0.1秒），cpu-quota设置为200000（0.2秒），当然，在多核情况下，如果允许容器进程完全占用两个CPU，则可以将cpu-period设置为100000（即0.1秒），cpu-quota设置为200000（0.2秒）

docker run -itd --cpu-period 100000 --cpu-quota 200000 centos:stress
docker exec -it xxxxxxxxxx
cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_period_us
cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_quota_us

四、CPU Core控制

对多核CPU的服务器，Docker还可以控制容器允许使用哪些CPU内核，即使用–cpuset-cpus参数
这对具有多CPU的服务器尤其有用，可以对需要高性能计算的容器进行性能最优的配置

docker run -itd --name cpu1 --cpuset-cpus 2-3 centos:stress			#2-3表示创建容器只能使用第2、3这两个内核，
docker exec -it xxxxxxxxxxx bash
cat /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.cpus

docker exec xxxxxx taskset -c -p 1
pid 1's current affinity list: 2,3

五、CPU配额控制参数的混合使用

通过cpuset-cpus参数指定容器A使用CPU内核0，容器B只使用CPU内核3
在主机上只有这两个容器使用对应的CPU内核情况，他们各自占用全部的内核资源，cpu-shares没有明显效果
cpuset-cpus、cpuset-mems参数只在多核、多内存节点上的服务器上有效，并且必须与实际的物理配置匹配，否则也无法达到资源控制的目的
在系统具有多个CPU内核的情况下，需要通过cpuset-cpus参数为设置容器CPU内核才能方便进行测试

docker run -itd --name cpu3 --cpuset-cpus 1 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 1 
docker exec -it xxxxxxxxxxx bash
exit 
top #按1查看每个核心的占用

docker run -itd --name cpu4 --cpuset-cpus 3 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 1 
docker exec -it xxxxxxx bash    

总结：上面的centos:stress镜像安装了stress工具，用来测试CPU和内存的负载，通过在两个容器上分别执行stress -c 1命令，将会给系统一个随机负载，产生1个进程，这个进程都会反复不停的计算由rand()产生随机数的平方根，直到资源耗尽，观察到宿主机上CPU使用率，第三个内核的使用率接近100%，并且一批进程的CPU使用率明显存在2：1 的使用比例的对比

六、内存限额

与操作系统类似，容器可以使用的内存包括两个部分：物理内存和Swap
docker通过以下两组参数来控制容器内存的使用量

• -m或者–memory:设置内存使用限额
• –memory-swap:设置内存+swap 的使用限额
• –vm 1 :启动1个内存工作线程
• –vm-bytes 280M:每个线程分配280M内存，这里的值要小于–memory-swap，否则报错

docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 280M

docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 310M			#工作线程分配的内存超过300M或者等于300M，分配的内存超过限额，stress线程会报错，容器退出

–vm-bytes等于–memory-swap值，结果报错了

七、Block IO的限制

默认情况下，所有容器能平等地读写磁盘，可以通过–blkio-weight参数来改变容器block IO的优先级
–blkio-weight与–cpu-shares类似，设置的是相对权重值，默认为500
例如：容器A读写磁盘的带宽是容器B的两倍

docker run -it --name container_A --blkio-weight 600 centos:stress
cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight

docker run -it --name container_B --blkio-weight 300 centos:stress
cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight

八、bps和iops的限制

bps是byte per second：每秒读写的数据量
iops是io per second：每秒IO的次数
可通过以下参数控制容器的bps和iops

–device-read-bps：限制读某个设备的bps
–device-write-bps：限制写某个设备的bps
–device-read-iops：限制读某个设备的iops
–device-write-iops：限制写某个设备的iops

下面的示例是限制容器写/dev/sda的速率为5MB/s

docker run -it --device-write-bps /dev/sda:5MB centos:stress
dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=1024 oflag=direct			#可以按ctrl+c中断查看

docker run -it centos:stress
dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=1024 oflag=direct