docker cgroup资源管理

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一、cgroups简介

cgroups，是一个非常强大的linux内核工具，他不仅可以限制被namespace 隔离起来的资源，还可以 为资源设置权重、计算使用量、操控进程启停等等。所以cgroups (Control groups) 实现了对资源的配额和度量。

1.1 cgroup有四大功能

  • 资源限制：可以对任务使用的资源总额进行限制。

  • 优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，实际上相当于控制了任务运行优先级。

  • 资源统计：可以统计系统的资源使用量，如cpu时长，内存用量等。

  • 任务控制： cgroup可以对任务 执行挂起、恢复等操作。

二、cpu时间片的概念

时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间，使各个程序从表面上看是同时进行的。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。而不会造成CPU资源浪费。

在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。

三、对CPU的使用限制

3.1 设置CPU使用率上限

Linux通过CFS （Completely Fair Scheduler， 完全公平调度器）来调度各个进程对CPU的使用。CFS默认的调度周期是100ms。

我们可以设置每个容器进程的调度周期，以及在这个周期内各个容器最多能使用多少CPU时间。

使用 --cpu-period 即可设置调度周期，使用 --cpu-quota 即可设置在每个周期内容器能使用的CPU时间。两者可以配合使用。
CFS周期的有效范围是1ms ~ 1s， 对应的 --cpu-period 的数值范围是 1000 ~1000000 （单位微秒）。
而容器的CPU配额必须不小于1ms，即 --cpu-quota 的值必须 >= 1000。

1.查看容器的默认CPU使用限制

#创建并启动容器
docker run -itd --name test1 centos:7 /bin/bash
#查看容器状态
docker ps -a
#切换到cgroup下针对容器的相关配置目录
cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
ls
 ##切换到test1容器的目录
 cd 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08
 ##查看test1容器的CPU使用限额。即每个调度周期内可占用的CPU时间（单位：微秒）
 cat cpu.cfs_quota_us
 cat cpu.cfs_period_us
 
  #cpu.cfs_period_us：分配的周期（微秒，所以文件名中用u）,默认为100000。
 #cpu.cfs_quota_us：表示该cgroups限制占用的时间（微秒），默认为-1，表示不限制。
 #cpu.cfs_quota_us 如果设为50000，表示占用 50000/100000=50%的CPU。

image.png

image.png 2.进行压力测试

docker exec -it test1 bash     #进入容器
vi /cpu.sh         #写个死循环脚本
 #!/bin/bash
 i=0
 while true
 do
    let i++
 done
chmod +x cpu.sh    #给脚本权限
./cpu.sh           #运行脚本
 ​
 #再开一个终端，查看cpu.sh进程的cpu使用率
top                  #可以看到使用率接近100%
    PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
   3328 root      20   0   11688   1100    916 R  99.7  0.1   7:04.44 cpu.sh
    
 #之后在容器中使用ctrl+c，停止脚本的执行，再top观察CPU使用率

image.png

image.png 2.分别进入两个容器，进行压力测试

 #宿主机开启路由转发功能，使容器能够连通外网
 echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
 sysctl -p
 net.ipv4.ip_forward = 1
 •
 #进入c1容器，进行压力测试
 docker exec -it c1 bash
 yum install -y epel-release    #下载epel源
 yum install -y stress          #安装stress工具
 stress -c 4   #产生四个进程，每个进程都反复不停地计算随机数的平方根
 •
 #进入c2容器，进行压力测试
 docker exec -it c2 bash
 yum install -y epel-release    #下载epel源
 yum install -y stress          #安装stress工具
 stress -c 4   #产生四个进程，每个进程都反复不停的计算随机数的平方根

3.查看容器运行状态，查看CPU使用占比

 #创建容器test2，并限制CPU使用时间为50000微秒，表示最多占用50%的CPU。
 docker run -itd --name test2 --cpu-quota 50000 centos:7
 #查看CPU限额文件
 cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
 ls
 cd 8e7ba758a231b29dad1f668ba83092e8f637d2a9785999c6d23b27c60935b12b
 cat cpu.cfs_quota_us
 #登录容器test2，写个死循环脚本并运行
 docker exec -it test2 bash
 vi /cpu.sh
 #!/bin/bash
 i=0
 while true
 do
  let i++
 done
 
 chmod +x cpu.sh
 ./cpu.sh
 
 #再开一个终端，查看cpu使用率
 top

image.png

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image.png （4）对已存在的容器进行CPU限制

直接修改 /sys/fs/cgroup/cpu/docker/容器id/cpu.cfs_quota_us 文件即可

 #进入test1容器目录，修改CPU使用时间限制
 cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
 ls
 cd 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08
 echo "33000" >cpu.cfs_quota_us
 cat cpu.cfs_quota_us
  #此时再进入test1容器执行之前创建好的脚本，进行压力测试
  docker exec -it test1 bash
  ./cpu.sh
 #再开一个终端，查看cpu使用率
 top
 #容器的CPU使用时间限制设为33000，而调度周期为100000，表示容器占用33000/100000=33%的CPU。

image.png

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3.2设置cpu资源占用比(设置多个容器时)

Docker 通过 --cpu-shares 指定CPU份额，默认值为1024，值为1024的倍数。 Docker 通过 --cpu-shares 指定CPU份额，默认值为1024，值为1024的倍数。

1.创建两个容器，设置CPU资源占用比

 #先删除所有容器
 docker rm -f $(docker ps -aq)
 9c48e09ea156
 7c7e024b557e
 •
 #创建两个容器为c1和c2
 #只有这2个容器的情况下，cpu资源分摊给这两个容器，512:1024等于1:2，一个占1/3，一个占2/3。
docker run -itd --name c1 --cpu-shares 512 centos:7
 WARNING: IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.
 300b50f13ebef4921029e352f5850b1c81f8f8e28827a8d11f20e55eec94642b
 docker run -itd --name c2 --cpu-shares 1024 centos:7
 WARNING: IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.
 7a999b00c9eef7fdb916c2914087809e7eba55b1c52aaaabeeda16a4006f57a9
 docker ps -a
 CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND       CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
 7a999b00c9ee   centos:7   "/bin/bash"   4 seconds ago   Up 3 seconds             c2
 300b50f13ebe   centos:7   "/bin/bash"   6 seconds ago   Up 5 seconds             c1

image.png 2.分别进入两个容器，进行压力测试

 #宿主机开启路由转发功能，使容器能够连通外网
 echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
 sysctl -p
 net.ipv4.ip_forward = 1
 •
 #进入c1容器，进行压力测试
 docker exec -it c1 bash
 yum install -y epel-release    #下载epel源
 yum install -y stress          #安装stress工具
 stress -c 4   #产生四个进程，每个进程都反复不停地计算随机数的平方根
 •
 #进入c2容器，进行压力测试
 docker exec -it c2 bash
 yum install -y epel-release    #下载epel源
 yum install -y stress          #安装stress工具
 stress -c 4   #产生四个进程，每个进程都反复不停的计算随机数的平方根

image.png 3.查看容器运行状态，查看CPU使用占比

 #再打开一个终端，查看容器运行状态(动态更新)
 docker stats

image.png 4 设置容器绑定指定的CPU（绑核）

注意：CPU编号从0开始。 编号1、3代表第二个核和第四个核 。

 #先为虚拟机分配4个CPU核数
​
 #创建容器c3时，绑定1号和3号这两个CPU
 
 docker run -itd --name c3 --cpuset-cpus 1,3 centos:7 /bin/bash
 
 #进入容器，进行压力测试
 docker exec -it c3 bash
 yum install -y epel-release    #下载epel源
 yum install -y stress          #安装stress工具
 stress -c 4   #产生四个进程，每个进程都反复不停地计算随机数的平方根
​
#退出容器，执行top命令再按1查看CPU使用情况
top

image.png

image.png

四、对内存使用的限制

4.1限制容器可以使用的最大内存

-m （或--memory=）选项用于限制容器可以使用的最大内存
#创建容器c4，并限制容器可以使用的最大内存为512m
docker run -itd --name c4 -m 512m centos:7 /bin/bash
 #查看容器状态，可以看到c4可以使用的最大内存是512M
 docker stats

image.png

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4.2 限制容器可用的swap大小

#限制可用的swap 大小，--memory-swap
 ●强调一下， --memory-swap是必须要与 --memory（或-m）一起使用的。
 ●正常情况下， --memory-swap 的值包含容器可用内存和可用swap 。
 ●所以 -m 300m --memory-swap=1g 的含义为：容器可以使用300M 的物理内存，并且可以使用700M (1G - 300M)的swap。
 ​
 设置为0或者不设置，则容器可以使用的 swap 大小为 -m 值的两倍。
 如果 --memory-swap 的值和 -m 值相同，则容器不能使用swap。
 如果 --memory-swap 值为 -1，它表示容器程序使用的内存受限，而可以使用的swap空间使用不受限制（宿主机有多少swap 容器就可以使用多少）。
 
  #--memory-swap 的值包含容器可用内存和可用swap，减去-m的值才是可用swap的值。
 #表示容器可以使用512M的物理内存，并且可以使用512M的swap。因为1g减去512m的物理内存，剩余值才是可用swap。
 docker run -itd --name yy01 -m 512m --memory-swap=1g centos:7 bash

image.png

五、对磁盘IO的配置控制(blkio)的限制

--device-read-bps：限制某个设备上的读速度bps ( 数据量)，单位可以是kb、mb (M)或者gb。
--device-write-bps : 限制某个设备上的写速度bps ( 数据量)，单位可以是kb、mb (M)或者gb。
--device-read-iops :限制读某个设备的iops (次数)
--device-write-iops :限制写入某个设备的iops ( 次数)


 --device-read-bps:限制某个设备上的读速度bps ( 数据量)，单位可以是kb、mb (M)或者gb。
 例: docker run -itd --name test9 --device-read-bps /dev/sda:1M centos:7 /bin/bash
 #表示该容器每秒只能读取1M的数据量
 ​
 --device-write-bps : 限制某个设备上的写速度bps ( 数据量)，单位可以是kb、mb (M)或者gb。
 例: docker run -itd --name test10 --device-write-bps /dev/sda:1mb centos:7 /bin/bash
 #表示该容器每秒只能写入1M的数据量
 ​
 --device-read-iops :限制读某个设备的iops (次数)
 --device-write-iops :限制写入某个设备的iops ( 次数)

六、清除docker占用的磁盘空间

docker system prune -a 可用于清理磁盘，删除关闭的容器、无用的数据卷和网络。

docker system prune -a
Are you sure you want to continue? [y/N] y                #是否确定删除
 Deleted Containers:
 655f6cca01754d27a080e01b64aa26c4f96642ab5b5931b186ad04082a98430f
 a62f5b811e584cc6e8d344830d5df9ddcbdd72761966989245b0c52f6abb9a4a
 ......
 Total reclaimed space: 451MB

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