docker中的资源控制

前言

        docker 使用cgrqup控制资源，K8S 里面也有limit（使用上限）
        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，基本覆盖了常见的资源配额和使用量控制。
        Cgroup 是 Control group 的简写，是 Linux 内核提供的一种限制所使用物理资源的机制，包括 CPU、内存 和 IO 这三大方面，基本覆盖了常见的资源配额和使用量控制
        cgroup是一种资源控制手段,也是容器隔离的6个名称空间的一种实现手段

一、CPU资源控制

1.1 cgroups的概念

        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。

cgroups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

1.2 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。 周期100毫秒 
而容器的 CPU 配额必须不小于 1ms，即 --cpu-quota 的值必须 >= 1000。

1.2.1 进行CPU压力测试

docker exec -it 3ed82355f811 /bin/bash
vi /cpu.sh
#!/bin/bash
i=0
while true
do
let i++
done

chmod +x /cpu.sh
./cpu.sh

top                    #可以看到这个脚本占了很多的cpu资源

#设置50%的比例分配CPU使用时间上限
docker run -itd --name test6 --cpu-quota 50000 centos:7 /bin/bash    #可以重新创建一个容器并设置限额
或者
cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/3ed82355f81151c4568aaa6e7bc60ba6984201c119125360924bf7dfd6eaa42b/
echo 50000 > cpu.cfs_quota_us
docker exec -it 3ed82355f811 /bin/bash
./cpu.sh

top                    #可以看到cpu占用率接近50%，cgroups对cpu的控制起了效果

1.2.2 设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）

Docker 通过 --cpu-shares 指定 CPU 份额，默认值为1024，值为1024的倍数。
#创建两个容器为 c1 和 c2，若只有这两个容器，设置容器的权重，使得c1和c2的CPU资源占比为1/3和2/3。
docker run -itd --name c1 --cpu-shares 512 centos:7    
docker run -itd --name c2 --cpu-shares 1024 centos:7

#分别进入容器，进行压力测试
yum install -y epel-release
yum install -y stress
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

#查看容器运行状态（动态更新）
docker stats
CONTAINER ID   NAME             CPU %     MEM USAGE / LIMIT     MEM %     NET I/O          BLOCK I/O         PIDS
c3ee18e65852   c2               66.50%    5.5MiB / 976.3MiB     0.56%     20.4MB / 265kB   115MB / 14.2MB    4
bb02d3b345d8   c1               32.68%    2.625MiB / 976.3MiB   0.27%     20.4MB / 325kB   191MB / 12.7MB    4

1.2.3 设置容器绑定指定的CPU

#先分配虚拟机4个CPU核数
docker run -itd --name test7 --cpuset-cpus 1 centos:7 /bin/bash

#进入容器，进行压力测试
yum install -y epel-release
yum install stress -y
stress -c 4

#退出容器，执行 top 命令再按 1 查看CPU使用情况。

二、对内存使用的限制

• 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

• -m 或 --memory：设置内存的使用限额

• –memory-swap：设置内存＋swap 的使用限额

docker run -itd -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 280M
#--vm 1：启动1个内存工作线程
#--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/<容器完整的 ID>/memory.limit_in_bytes
 
docker run -itd -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 280M
#如果让工作线程分配的内存超过300M，分配的内存超过了限额，stress线程会报错，容器退出
 
'注意！一旦容器Cgroup使用的内存超过了限制的容量，Linux内核就会尝试收回这些内存'
'如果仍旧无法控制内存使用在这个设置的范围之内，就会杀死该进程！

选项用于限制容器可以使用的最大内存
docker run -itd --name test8 -m 512m centos:7 /bin/bash

docker stats

限制可用的 swap 大小， --memory-swap
强调一下，--memory-swap 是必须要与 --memory 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 - 300）的 swap。

如果 --memory-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）。

三、对磁盘io配额控制（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。
例：docker run -itd --name test9 --device-read-bps /dev/sda:1M  centos:7 /bin/bash
--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

--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）

#创建容器，并限制写速度
docker run -it --name test10 --device-write-bps /dev/sda:1MB centos:7 /bin/bash

#通过dd来验证写速度
dd if=/dev/zero of=test.out bs=1M count=10 oflag=direct                #添加oflag参数以规避掉文件系统cache
10+0 records in
10+0 records out
10485760 bytes (10 MB) copied, 10.0025 s, 1.0 MB/s

#清理docker占用的磁盘空间
docker system prune -a            #可以用于清理磁盘，删除关闭的容器、无用的数据卷和网络

四、生产扩展

4.1 故障：由于docker容器故障导致大量日志集满，会造成磁盘空间满

解决方案
1、清楚日志

#!/bin/bash
logs=$ (find /var/lib/docker/containers/ -name *-json.log*)
for log in $logs
do
cat /dev/null > $log
done

4.2 当日志占满之后如何处理

###设置docker日志文件数量及每个日志大小
 vim /etc/docker/daemon.json
{
"registry-mirrors": ["http://f613ce8f.m.daocloud.io"]，
"log-driver": "json-file",   #我的一日志格式
"log-opts": { "max-size" : "500m", "max-file" : "3"}   日志的参数最大500M   我最大容器中有三个日志文件 每个日志文件大小是500M
}

修改完需要重新加载  systemctl daemon-reload