docker 资源限制

目录

1、CPU使用率

2、CPU共享比例

3、CPU周期限制

4、CPU核心限制

5、CPU 配额控制参数的混合案例

6、内存限制

7、Block IO 的限制

8、限制bps 和iops

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docker资源限制

Docker容器技术底层是通过Cgroup（Control Group 控制组）实现容器对物理资源使用的限制，限制的资源包括CPU、内存、磁盘三个方面。基本覆盖了常见的资源配额和使用量控制。

Cgroup 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的机制，被LXC及Docker等很多项目用于实现进程的资源控制。

Cgroup 是提供将进程进行分组化管理的功能和接口的基础结构，Docker中I/O 或内存的分配控制等具体的资源管理功能都是通过Cgroup功能来实现的。这些具体的资源管理功能称为Cgroup子系统，以下是对几大子系统的介绍。

1. blkio：限制块设备的输入输出控制。如：磁盘、光盘、USB等。
2. cpu：限制CPU资源的访问
3. cpuacct：产生Cgroup 任务的CPU资源报告。
4. cpuset：限制分配单独的cpu 和内存资源。
5. devices：允许或拒绝对设备的访问。
6. freezer：暂停和恢复Cgroup 任务。
7. memory：设置每个Cgroup 的内存限制以及产生内存资源报告。
8. net_cls：用于标记每个网络包。
9. ns：命名空间子系统。
10. perf_event：增加了对每group 的监测跟踪的能力，可以监测属于某个特定的group 的所有线程以及运行在特定CPU 上的线程。

使用下面的Dockerfile 来创建一个基于CentOS的stress工具镜像。

[root@localhost ~]# cat centos-7-x86_64.tar.gz | docker import - centos:7[root@localhost ~]# mkdir stress
[root@localhost ~]# cd stress
[root@localhost stress]# vim Dockerfile
FROM centos:7
MAINTAINER crushlinux "[e-mail]"
RUN yum -y install wget
RUN wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo
RUN yum -y install stress
[root@localhost ~]# cd stress/
[root@localhost stress]# docker build -t centos:stress .

1、CPU使用率

在CentOS7中可以通过修改对应的Cgroup配置文件cpu.cfs_quota_us的值来实现，直接执行echo命令将设定值导入到文件中就会立即生效。

例如将容器face0aee201c的CPU使用设置为20000，设置CPU的使用率限定为20%。

[root@localhost ~]# docker run -itd centos:stress /bin/bash

7faed0c97b48c0ae236473431589b5c55aa94d3a93b5cdc7f6887f62e3ca9d00

[root@localhost ~]# docker ps -a

CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES

7faed0c97b48        centos              "/bin/bash"         30 seconds ago      Up 29 seconds                           cranky_mclaren

[root@localhost ~]# echo "20000" > /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct/docker/7faed0c97b48c0ae236473431589b5c55aa94d3a93b5cdc7f6887f62e3ca9d00/cpu.cfs_quota_us

2、CPU共享比例

当多个容器任务运行时，很难计算CPU的使用率，为了使容器合理使用CPU资源，可以通过--cpu-shares选项设置容器按比例共享CPU资源，这种方式还可以实现CPU使用率的动态调整。

命令中的--cpu-shares 选项值不能保证可以获得1 个vcpu 或者多少GHz 的CPU 资源，仅仅只是一个弹性的加权值。

例如，运行3个新建容器A、B、C。占用CPU资源的比例为1:1:2:4

docker run --name A -itd --cpu-shares 1024 centos:stress /bin/bash

docker run --name B -itd --cpu-shares 1024 centos:stress /bin/bash

docker run --name C -itd --cpu-shares 2048 centos:stress /bin/bash

docker run --name D -itd --cpu-shares 4096 centos:stress /bin/bash

如果又一个容器D需要更多CPU资源，则可以将其--cpu-shares的值设置为4096，那么ABCD的CPU资源比例变为1:1:2:4。

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，两个容器A、B的CPU份额分别为1000和500，在CPU进行时间片分配的时候，容器A比容器B多一倍的机会获得CPU的时间片。但分配的结果取决于当时主机和其他容器的运行状态，实际上也无法保证容器A一定能获得CPU时间片。比如容器A的进程一直是空闲的，那么容器B 是可以获取比容器A更多的CPU时间片的。极端情况下，比如说主机上只运行了一个容器，即使它的CPU份额只有50，它也可以独占整个主机的CPU资源。

Cgroups 只在容器分配的资源紧缺时，也就是说在需要对容器使用的资源进行限制时才会生效。因此无法单纯根据某个容器的CPU份额来确定有多少CPU 资源分配给它，资源分配结果取决于同时运行的其他容器的CPU分配和容器中进程运行情况。

换句话说,可以通过cpu shares可以设置容器使用CPU的优先级，比如启动了两个容器及运行查看CPU使用百分比。

[root@localhost ~]# docker run -tid --name cpu512 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 10

[root@localhost ~]# docker run -tid --name cpu1024 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 10

[root@localhost ~]# docker ps -a

CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES

f68b6a6c4e3c        centos:stress       "stress -c 10"      13 seconds ago      Up 12 seconds                           cpu1024

487ec0954a8b        centos:stress       "stress -c 10"      23 seconds ago      Up 22 seconds                           cpu512

[root@localhost ~]# docker exec -it f68b6a6c4e3c /bin/bash

 

[root@localhost ~]# docker exec -it 487ec0954a8b /bin/bash

 

开启了10 个stress 进程，目的是充分让系统资源变得紧张。只有这样竞争资源，设定的资源比例才可以显现出来。如果只运行一个进行，会自动分配到空闲的CPU，这样比例就无法看出来。由于案例的环境不一样，可能导致上面两张图中占用CPU 百分比会不同，但是从cpu share 来看两个容器总比例一定会是1:2。

3、CPU周期限制

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。

1. --cpu-period 是用来指定容器对CPU的使用要在多长时间内做一次重新分配。
2. --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-shares 不同的是：这种配置是指定一个绝对值，而且没有弹性在里面，容器对CPU 资源的使用绝对不会超过配置的值。

cpu-period 和cpu-quota 的单位为微秒（μs）。cpu-period 的最小值为1000 微秒，

最大值为1 秒（10^6 μs），默认值为0.1 秒（100000 μs）。cpu-quota 的值默认为-1，

表示不做控制。cpu-period、cpu-quota 这两个参数一般联合使用。

举个例子，如果容器进程需要每1 秒使用单个CPU 的0.2 秒时间，可以将cpu-period 设置为1000000（即1 秒），cpu-quota 设置为200000（0.2 秒）。当然，在多核情况下，如果允许容器进程需要完全占用两个CPU，则可以将cpu-period 设置为100000（即0.1 秒），cpu-quota 设置为200000（0.2 秒）。

[root@localhost ~]# docker run -it --cpu-period 100000 --cpu-quota 200000 centos:stress /bin/bash

[root@2474ee0f7e62 /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_period_us

1000000

[root@2474ee0f7e62 /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_quota_us

200000

4、CPU核心限制

多核CPU的服务器Docker还可以控制容器运行限定使用哪些CPU内核，可以使用--cpuset-cpus选项来使某些程序独享CPU核心，以便提高其处理速度，对应的Cgroup文件为/sys/fs/cgroup/cpuset/docker/容器ID号/cpuset.cpus。选项后直接跟参数0、1、2……表示第1个内核，第2个内核，第3个内核，与/proc/cpuinfo中的标号相同。

如果服务器有16个核心，那么CPU编号为0~15，使新建容器绑定第1~4的核心使用：

docker run -itd --cpuset-cpus 0,1,2,3 centos:stress /bin/bash

或者

docker run --itd --cpuset-cpus 0-3 centos:stress /bin/bash

那么该容器内的进程只会在0,1,2,3的CPU上运行。

通过下面指令也可以看到容器中进程与CPU 内核的绑定关系，可以认为达到了绑定CPU 内核的目的。

[root@localhost ~]# docker exec 2474ee0f7e62 taskset -c -p 1

pid 1's current affinity list: 0-3       //容器内部第一个进程编号一般为1

尽量使用绑定内核的方式分配CPU资源给容器进程使用，然后在配合--cpu-shares选项动态调整CPU使用资源的比例。

5、CPU 配额控制参数的混合案例

通过--cpuset-cpus 指定容器A 使用CPU 内核0，容器B 只是用CPU 内核1。在主机上只有这两个容器使用对应CPU 内核的情况，它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 为容器CPU 内核才能比较方便地进行测试。

用下列命令创建测试用的容器：

[root@localhost ~]# docker run -itd --name cpu3 --cpuset-cpus 3 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 1

[root@localhost ~]# docker exec -it容器ID /bin/bash

输入top 命令查看

 

[root@localhost ~]# docker run -itd --name cpu4 --cpuset-cpus 3 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 1

[root@localhost ~]# docker exec -it容器ID /bin/bash

输入top 命令查看

 

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。

观察到宿主机上的CPU 试用率，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。

6、内存限制

与操作系统类似，容器可使用的内存包括两部分：物理内存和swap。Docker 通过下面两组参数来控制容器内存的使用量。

1. -m 或--memory：设置内存的使用限额，例如100M, 1024M。
2. --memory-swap：设置内存swap 的使用限额。

当执行如下命令：

其含义是允许该容器最多使用200M 的内存和300M 的swap。

[root@localhost ~]# docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 280M

stress: info: [1] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 1 vm, 0 hdd

stress: dbug: [1] using backoff sleep of 3000us

stress: dbug: [1] --> hogvm worker 1 [6] forked

stress: dbug: [6] allocating 293601280 bytes ...

stress: dbug: [6] touching bytes in strides of 4096 bytes ...

stress: dbug: [6] freed 293601280 bytes

stress: dbug: [6] allocating 293601280 bytes ...

stress: dbug: [6] touching bytes in strides of 4096 bytes ...

1. --vm 1：启动1 个内存工作线程。
2. --vm-bytes 280M：每个线程分配280M 内存。

默认情况下，容器可以使用主机上的所有空闲内存。与CPU 的cgroups 配置类似，docker 会自动为容器在目录/sys/fs/cgroup/memory/docker/<容器的完整长ID>中创建相应cgroup 配置文件。

因为280M 在可分配的范围（300M）内，所以工作线程能够正常工作，其过程是：

1. 分配280M 内存。
2. 释放280M 内存。
3. 再分配280M 内存。
4. 再释放280M 内存。
5. 一直循环......

如果让工作线程分配的内存超过300M，分配的内存超过限额，stress 线程报错，容器退出。

[root@localhost ~]# docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 380M

stress: info: [1] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 1 vm, 0 hdd

stress: dbug: [1] using backoff sleep of 3000us

stress: dbug: [1] --> hogvm worker 1 [7] forked

stress: dbug: [7] allocating 398458880 bytes ...

stress: dbug: [7] touching bytes in strides of 4096 bytes ...

stress: FAIL: [1] (416) <-- worker 7 got signal 9

stress: WARN: [1] (418) now reaping child worker processes

stress: FAIL: [1] (422) kill error: No such process

stress: FAIL: [1] (452) failed run completed in 1s

7、Block IO 的限制

默认情况下，所有容器能平等地读写磁盘，可以通过设置--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。在下面的例子中，容器A 读写磁盘的带宽是容器B 的两倍。

[root@localhost ~]# docker run -it --name container_A --blkio-weight 600 centos:stress /bin/bash

[root@a4b63e72a03b /]# cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight

600

[root@localhost ~]# docker run -it --name container_B --blkio-weight 300 centos:stress /bin/bash

[root@ee688a3bba2b /]# cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight

300

8、限制bps 和iops

如果在一台服务器上进行容器的混合部署，那么会存在同时几个程序写磁盘数据的情况，这时可以通过--device-write-iops选项来限制每秒写io次数来限制制定设备的写速度。相应的还有--device-read-iops选项可以限制读取IO的速度，但是这种方法只能限制设备，而不能限制分区，相应的Cgroup写配置文件为/sys/fs/cgroup/blkio/容器ID/ blkio.throttle.write_iops_device。

1. bps 是byte per second，每秒读写的数据量。
2. 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5 MB/s。

[root@localhost ~]# docker run -it --device-write-bps /dev/sda:5MB centos:stress /bin/bash [root@7fc31cd1514b /]# 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, 20.0051 s, 5.2 MB/s

通过dd 测试在容器中写磁盘的速度。因为容器的文件系统是在host /dev/sda 上的，在容器中写文件相当于对宿主机/dev/sda 进行写操作。另外，oflag=direct 指定用direct

IO 方式写文件，这样--device-write-bps 才能生效。

结果表明，bps 5.2 MB/s 在限速5MB/s 左右。作为对比测试，如果不限速，结果如下：

[root@localhost ~]# docker run -it centos:stress /bin/bash

[root@9128099a8947 /]# dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=100

100+0 records in

100+0 records out

104857600 bytes (105 MB) copied, 0.384372 s, 273 MB/s