docker通過(guò)cgroup來(lái)控制容器使用的資源配額，包括CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)三大方面，基本覆蓋了常見(jiàn)的資源配額和使用量控制。

cgroup簡(jiǎn)介

cgroup是Control Groups的縮寫(xiě)，是Linux 內(nèi)核提供的一種可以限制、記錄、隔離進(jìn)程組所使用的物理資源(如 cpu、memory、磁盤(pán)IO等等) 的機(jī)制，被LXC、docker等很多項(xiàng)目用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程資源控制。cgroup將任意進(jìn)程進(jìn)行分組化管理的 Linux 內(nèi)核功能。cgroup本身是提供將進(jìn)程進(jìn)行分組化管理的功能和接口的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，I/O 或內(nèi)存的分配控制等具體的資源管理功能是通過(guò)這個(gè)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些具體的資源管理功能稱(chēng)為cgroup子系統(tǒng)，有以下幾大子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：

1. blkio：設(shè)置限制每個(gè)塊設(shè)備的輸入輸出控制。例如:磁盤(pán)，光盤(pán)以及usb等等。
2. cpu：使用調(diào)度程序?yàn)閏group任務(wù)提供cpu的訪問(wèn)。
3. cpuacct：產(chǎn)生cgroup任務(wù)的cpu資源報(bào)告。
4. cpuset：如果是多核心的cpu，這個(gè)子系統(tǒng)會(huì)為cgroup任務(wù)分配單獨(dú)的cpu和內(nèi)存。
5. devices：允許或拒絕cgroup任務(wù)對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)。
6. freezer：暫停和恢復(fù)cgroup任務(wù)。
7. memory：設(shè)置每個(gè)cgroup的內(nèi)存限制以及產(chǎn)生內(nèi)存資源報(bào)告。
8. net_cls：標(biāo)記每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包以供cgroup方便使用。
9. ns：命名空間子系統(tǒng)。
10. perf_event：增加了對(duì)每group的監(jiān)測(cè)跟蹤的能力，即可以監(jiān)測(cè)屬于某個(gè)特定的group的所有線(xiàn)程以及運(yùn)行在特定CPU上的線(xiàn)程。

目前docker只是用了其中一部分子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源配額和使用的控制。

可以使用stress工具來(lái)測(cè)試CPU和內(nèi)存。使用下面的Dockerfile來(lái)創(chuàng)建一個(gè)基于Ubuntu的stress工具鏡像。

FROM ubuntu:14.04
RUN apt-get update &&apt-get install stress

CPU資源配額控制

CPU份額控制

docker提供了–cpu-shares參數(shù)，在創(chuàng)建容器時(shí)指定容器所使用的CPU份額值。使用示例：

使用命令docker run -tid –cpu-shares 100 ubuntu:stress，創(chuàng)建容器，則最終生成的cgroup的cpu份額配置可以下面的文件中找到：

root@ubuntu:~# cat /sys/fs/cgroup/cpu/docker/<容器的完整長(zhǎng)ID>/cpu.shares
100

cpu-shares的值不能保證可以獲得1個(gè)vcpu或者多少GHz的CPU資源，僅僅只是一個(gè)彈性的加權(quán)值。

默認(rèn)情況下，每個(gè)docker容器的cpu份額都是1024。單獨(dú)一個(gè)容器的份額是沒(méi)有意義的，只有在同時(shí)運(yùn)行多個(gè)容器時(shí)，容器的cpu加權(quán)的效果才能體現(xiàn)出來(lái)。例如，兩個(gè)容器A、B的cpu份額分別為1000和500，在cpu進(jìn)行時(shí)間片分配的時(shí)候，容器A比容器B多一倍的機(jī)會(huì)獲得CPU的時(shí)間片，但分配的結(jié)果取決于當(dāng)時(shí)主機(jī)和其他容器的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際上也無(wú)法保證容器A一定能獲得CPU時(shí)間片。比如容器A的進(jìn)程一直是空閑的，那么容器B是可以獲取比容器A更多的CPU時(shí)間片的。極端情況下，比如說(shuō)主機(jī)上只運(yùn)行了一個(gè)容器，即使它的cpu份額只有50，它也可以獨(dú)占整個(gè)主機(jī)的cpu資源。

cgroups只在容器分配的資源緊缺時(shí)，也就是說(shuō)在需要對(duì)容器使用的資源進(jìn)行限制時(shí)，才會(huì)生效。因此，無(wú)法單純根據(jù)某個(gè)容器的cpu份額來(lái)確定有多少cpu資源分配給它，資源分配結(jié)果取決于同時(shí)運(yùn)行的其他容器的cpu分配和容器中進(jìn)程運(yùn)行情況。

CPU周期控制

docker提供了–cpu-period、–cpu-quota兩個(gè)參數(shù)控制容器可以分配到的CPU時(shí)鐘周期。–cpu-period是用來(lái)指定容器對(duì)CPU的使用要在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)做一次重新分配，而–cpu-quota是用來(lái)指定在這個(gè)周期內(nèi)，最多可以有多少時(shí)間用來(lái)跑這個(gè)容器。跟–cpu-shares不同的是這種配置是指定一個(gè)絕對(duì)值，而且沒(méi)有彈性在里面，容器對(duì)CPU資源的使用絕對(duì)不會(huì)超過(guò)配置的值。
cpu-period和cpu-quota的單位為微秒（μs）。cpu-period的最小值為1000微秒，最大值為1秒（10^6 μs），默認(rèn)值為0.1秒（100000 μs）。cpu-quota的值默認(rèn)為-1，表示不做控制。

舉個(gè)例子，如果容器進(jìn)程需要每1秒使用單個(gè)CPU的0.2秒時(shí)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(jìn)程需要完全占用兩個(gè)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）。

使用示例：

使用命令docker run -tid –cpu-period 100000 –cpu-quota 200000 ubuntu，創(chuàng)建容器，則最終生成的cgroup的cpu周期配置可以下面的文件中找到：

root@ubuntu:~# cat /sys/fs/cgroup/cpu/docker/<容器的完整長(zhǎng)ID>/cpu.cfs_period_us
100000
root@ubuntu:~# cat /sys/fs/cgroup/cpu/docker/<容器的完整長(zhǎng)ID>/cpu.cfs_quota_us
200000

關(guān)于cpu-shares、cpu-period、cpu-quota這些配置的詳細(xì)介紹，大家可以深入閱讀RedHat文檔中關(guān)于CPU的這一章。

CPU core控制

對(duì)多核CPU的服務(wù)器，docker還可以控制容器運(yùn)行限定使用哪些cpu內(nèi)核和內(nèi)存節(jié)點(diǎn)，即使用–cpuset-cpus和–cpuset-mems參數(shù)。對(duì)具有NUMA拓?fù)洌ň哂卸郈PU、多內(nèi)存節(jié)點(diǎn)）的服務(wù)器尤其有用，可以對(duì)需要高性能計(jì)算的容器進(jìn)行性能最優(yōu)的配置。如果服務(wù)器只有一個(gè)內(nèi)存節(jié)點(diǎn)，則–cpuset-mems的配置基本上不會(huì)有明顯效果。

使用示例：

命令docker run -tid –name cpu1 –cpuset-cpus 0-2 ubuntu，表示創(chuàng)建的容器只能用0、1、2這三個(gè)內(nèi)核。最終生成的cgroup的cpu內(nèi)核配置如下：

root@ubuntu:~# cat /sys/fs/cgroup/cpuset/docker/<容器的完整長(zhǎng)ID>/cpuset.cpus
0-2

通過(guò)docker exec <容器ID> taskset -c -p 1(容器內(nèi)部第一個(gè)進(jìn)程編號(hào)一般為1)，可以看到容器中進(jìn)程與CPU內(nèi)核的綁定關(guān)系，可以認(rèn)為達(dá)到了綁定CPU內(nèi)核的目的。

CPU配額控制參數(shù)的混合使用

當(dāng)上面這些參數(shù)中時(shí)，cpu-shares控制只發(fā)生在容器競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)內(nèi)核的時(shí)間片時(shí)，如果通過(guò)cpuset-cpus指定容器A使用內(nèi)核0，容器B只是用內(nèi)核1，在主機(jī)上只有這兩個(gè)容器使用對(duì)應(yīng)內(nèi)核的情況，它們各自占用全部的內(nèi)核資源，cpu-shares沒(méi)有明顯效果。

cpu-period、cpu-quota這兩個(gè)參數(shù)一般聯(lián)合使用，在單核情況或者通過(guò)cpuset-cpus強(qiáng)制容器使用一個(gè)cpu內(nèi)核的情況下，即使cpu-quota超過(guò)cpu-period，也不會(huì)使容器使用更多的CPU資源。

cpuset-cpus、cpuset-mems只在多核、多內(nèi)存節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)器上有效，并且必須與實(shí)際的物理配置匹配，否則也無(wú)法達(dá)到資源控制的目的。

在系統(tǒng)具有多個(gè)CPU內(nèi)核的情況下，需要通過(guò)cpuset-cpus為容器CPU內(nèi)核才能比較方便地進(jìn)行測(cè)試。

試用下列命令創(chuàng)建測(cè)試用的容器：

docker run -tid –name cpu2 –cpuset-cpus 3 –cpu-shares 512 ubuntu:stress stress -c 10
docker run -tid –name cpu3 –cpuset-cpus 3 –cpu-shares 1024 ubuntu:stress stress -c 10

上面的ubuntu:stress鏡像安裝了stress工具來(lái)測(cè)試CPU和內(nèi)存的負(fù)載。兩個(gè)容器的命令stress -c 10&，這個(gè)命令將會(huì)給系統(tǒng)一個(gè)隨機(jī)負(fù)載，產(chǎn)生10個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程都反復(fù)不停的計(jì)算由rand（）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的平方根，直到資源耗盡。

觀察到宿主機(jī)上的CPU試用率如下圖所示，第三個(gè)內(nèi)核的使用率接近100%，并且一批進(jìn)程的CPU使用率明顯存在2:1的使用比例的對(duì)比：

容器cpu2的CPU使用如下所示：

容器cpu3的CPU使用如下圖示：

分別進(jìn)入容器后，使用top命令可以明顯地看出容器之間的資源使用對(duì)比，并且也達(dá)到了綁定CPU內(nèi)核的目的。
注意：如果使用nsenter之類(lèi)的工具進(jìn)入容器，再使用stress -c 10進(jìn)行測(cè)試，就可以發(fā)現(xiàn)cpuset-cpus的限制是可以被突破的，從而使stress測(cè)試進(jìn)程使用宿主機(jī)的所有CPU內(nèi)核。這是因?yàn)閚senter使用掛載的方式直接進(jìn)入了容器的命名空間，突破了命名空間中的cgroup控制。

內(nèi)存配額控制

和CPU控制一樣，docker也提供了若干參數(shù)來(lái)控制容器的內(nèi)存使用配額，可以控制容器的swap大小、可用內(nèi)存大小等各種內(nèi)存方面的控制。主要有以下參數(shù)：

1. memory-swappiness：控制進(jìn)程將物理內(nèi)存交換到swap分區(qū)的傾向，默認(rèn)系數(shù)為60。系數(shù)越小，就越傾向于使用物理內(nèi)存。值范圍為0-100。當(dāng)值為100時(shí)，表示盡量使用swap分區(qū)；當(dāng)值為0時(shí)，表示禁用容器 swap 功能(這點(diǎn)不同于宿主機(jī)，宿主機(jī) swappiness 設(shè)置為 0 也不保證 swap 不會(huì)被使用)。
2. –kernel-memory：內(nèi)核內(nèi)存，不會(huì)被交換到swap上。一般情況下，不建議修改，可以直接參考docker的官方文檔。
3. –memory:設(shè)置容器使用的最大內(nèi)存上限。默認(rèn)單位為byte，可以使用K、G、M等帶單位的字符串。
4. –memory-reservation：?jiǎn)⒂脧椥缘膬?nèi)存共享，當(dāng)宿主機(jī)資源充足時(shí)，允許容器盡量多地使用內(nèi)存，當(dāng)檢測(cè)到內(nèi)存競(jìng)爭(zhēng)或者低內(nèi)存時(shí)，強(qiáng)制將容器的內(nèi)存降低到memory-reservation所指定的內(nèi)存大小。按照官方說(shuō)法，不設(shè)置此選項(xiàng)時(shí)，有可能出現(xiàn)某些容器長(zhǎng)時(shí)間占用大量?jī)?nèi)存，導(dǎo)致性能上的損失。
5. –memory-swap：等于內(nèi)存和swap分區(qū)大小的總和，設(shè)置為-1時(shí)，表示swap分區(qū)的大小是無(wú)限的。默認(rèn)單位為byte，可以使用K、G、M等帶單位的字符串。如果–memory-swap的設(shè)置值小于–memory的值，則使用默認(rèn)值，為–memory-swap值的兩倍。

默認(rèn)情況下，容器可以使用主機(jī)上的所有空閑內(nèi)存。

與CPU的cgroups配置類(lèi)似，docker會(huì)自動(dòng)為容器在目錄/sys/fs/cgroup/memory/docker/<容器的完整長(zhǎng)ID>中創(chuàng)建相應(yīng)cgroup配置文件，例如下面的文件：

這些文件與docker的相關(guān)配置是一一對(duì)應(yīng)的，可以參考RedHat的文檔Resource_Management_Guide的內(nèi)存部分來(lái)查看它們的作用。

內(nèi)存配額控制使用示例

設(shè)置容器的內(nèi)存上限，參考命令如下所示：

docker run -tid —name mem1 —memory 128m ubuntu:stress /bin/bash

默認(rèn)情況下，除了–memory指定的內(nèi)存大小以外，docker還為容器分配了同樣大小的swap分區(qū)，也就是說(shuō)，上面的命令創(chuàng)建出的容器實(shí)際上最多可以使用256MB內(nèi)存，而不是128MB內(nèi)存。如果需要自定義swap分區(qū)大小，則可以通過(guò)聯(lián)合使用–memory–swap參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

對(duì)上面的命令創(chuàng)建的容器，可以查看到在cgroups的配置文件中，查看到容器的內(nèi)存大小為128MB (128×1024×1024=134217728B)，內(nèi)存和swap加起來(lái)大小為256MB (256×1024×1024=268435456B)。

cat /sys/fs/cgroup/memory/docker/<容器的完整ID>/memory.limit_in_bytes
134217728
cat /sys/fs/cgroup/memory/docker/<容器的完整ID>/memory.memsw.limit_in_bytes
268435456

注意：執(zhí)行上述命令時(shí)，命令行可能會(huì)輸出下面的警告：

WARNING: Your kernel does not support swap limit capabilities, memory limited without swap.

這是因?yàn)橹鳈C(jī)上默認(rèn)不啟用cgroup來(lái)控制swap分區(qū)，可以參考docker官方的相應(yīng)文檔，修改grub啟動(dòng)參數(shù)。

在容器中，依次使用下面的stress命令，即可對(duì)容器的內(nèi)存進(jìn)行壓力測(cè)試，確認(rèn)內(nèi)存。

stress –vm 1 –vm-bytes 256M –vm-hang 0 &
stress –vm 1 –vm-bytes 250M –vm-hang 0 &

可以發(fā)現(xiàn)，使用256MB進(jìn)行壓力測(cè)試時(shí)，由于超過(guò)了內(nèi)存上限（128MB內(nèi)存+128MB swap），進(jìn)程被OOM殺死。使用250MB進(jìn)行壓力測(cè)試時(shí)，進(jìn)程可以正常運(yùn)行，并且通過(guò)docker stats可以查看到容器的內(nèi)存已經(jīng)滿(mǎn)負(fù)載了。

磁盤(pán)IO配額控制

相對(duì)于CPU和內(nèi)存的配額控制，docker對(duì)磁盤(pán)IO的控制相對(duì)不成熟，大多數(shù)都必須在有宿主機(jī)設(shè)備的情況下使用。主要包括以下參數(shù)：

1. –device-read-bps：限制此設(shè)備上的讀速度（bytes per second），單位可以是kb、mb或者gb。
2. –device-read-iops：通過(guò)每秒讀IO次數(shù)來(lái)限制指定設(shè)備的讀速度。
3. –device-write-bps ：限制此設(shè)備上的寫(xiě)速度（bytes per second），單位可以是kb、mb或者gb。
4. –device-write-iops：通過(guò)每秒寫(xiě)IO次數(shù)來(lái)限制指定設(shè)備的寫(xiě)速度。
5. –blkio-weight：容器默認(rèn)磁盤(pán)IO的加權(quán)值，有效值范圍為10-100。
6. –blkio-weight-device： 針對(duì)特定設(shè)備的IO加權(quán)控制。其格式為DEVICE_NAME:WEIGHT

磁盤(pán)IO配額控制示例

blkio-weight

要使–blkio-weight生效，需要保證IO的調(diào)度算法為CFQ。可以使用下面的方式查看：

root@ubuntu:~# cat /sys/block/sda/queue/scheduler
noop [deadline] cfq

使用下面的命令創(chuàng)建兩個(gè)–blkio-weight值不同的容器：

docker run -ti –rm –blkio-weight 100 ubuntu:stress
docker run -ti –rm –blkio-weight 1000 ubuntu:stress

在容器中同時(shí)執(zhí)行下面的dd命令，進(jìn)行測(cè)試：

time dd if=/dev/zero of=test.out bs=1M count=1024 oflag=direct

最終輸出如下圖所示：

在我的測(cè)試環(huán)境上沒(méi)有達(dá)到理想的測(cè)試效果，通過(guò)docker官方的blkio-weight doesn't take effect in docker Docker version 1.8.1 #16173，可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題在一些環(huán)境上存在，但docker官方也沒(méi)有給出解決辦法。

device-write-bps

使用下面的命令創(chuàng)建容器，并執(zhí)行命令驗(yàn)證寫(xiě)速度的限制。

docker run -tid –name disk1 –device-write-bps /dev/sda:1mb ubuntu:stress

通過(guò)dd來(lái)驗(yàn)證寫(xiě)速度，輸出如下圖示：

可以看到容器的寫(xiě)磁盤(pán)速度被成功地限制到了1MB/s。device-read-bps等其他磁盤(pán)IO限制參數(shù)可以使用類(lèi)似的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

容器空間大小限制

在docker使用devicemapper作為存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)時(shí)，默認(rèn)每個(gè)容器和鏡像的最大大小為10G。如果需要調(diào)整，可以在daemon啟動(dòng)參數(shù)中，使用dm.basesize來(lái)指定，但需要注意的是，修改這個(gè)值，不僅僅需要重啟docker daemon服務(wù)，還會(huì)導(dǎo)致宿主機(jī)上的所有本地鏡像和容器都被清理掉。

使用aufs或者overlay等其他存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)時(shí)，沒(méi)有這個(gè)限制。

~~~以上所有截圖測(cè)試環(huán)境，宿主機(jī)為Ubuntu 14.04.4，docker版本為1.10.3~~~

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。