【云原生】Docker Cgroups资源控制管理

目录

一、cgroups简介

cgroups有四大功能：

二、cpu时间片的概念

三、对CPU使用的限制

[3.1 设置CPU使用率上限](#3.1 设置CPU使用率上限)

（1）查看容器的默认CPU使用限制

（2）进行压力测试

（3）创建容器时设置CPU使用时间限制

（4）对已存在的容器进行CPU限制

[3.2 设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）](#3.2 设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）)

（1）创建两个容器，设置CPU资源占用比

（2）分别进入两个容器，进行压力测试

（3）查看容器运行状态，观察CPU使用占比

[3.3 设置容器绑定指定的CPU（绑核）](#3.3 设置容器绑定指定的CPU（绑核）)

四、对内存使用的限制

[4.1 限制容器可以使用的最大内存](#4.1 限制容器可以使用的最大内存)

[4.2 限制容器可用的swap 大小](#4.2 限制容器可用的swap 大小)

五、对磁盘IO的配置控制（blkio）的限制

[5.1 创建容器，不限制写速度](#5.1 创建容器，不限制写速度)

[5.2 创建容器，并限制写速度](#5.2 创建容器，并限制写速度)

六、清除docker占用的磁盘空间

总结

1.对cpu的限制参数

2.对内存的限制

3.对磁盘IO的限制

---

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。

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。

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使用的限制

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
 [root@yuji ~]# docker run -itd --name test1 centos:7 /bin/bash
 WARNING: IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.
 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08
  #查看容器状态
 [root@yuji ~]# docker ps -a
 CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND       CREATED          STATUS          PORTS     NAMES
 059823a1abbe   centos:7   "/bin/bash"   12 seconds ago   Up 10 seconds             test1
 ​
 #切换到cgroup下针对容器的相关配置目录
 [root@yuji ~]# cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
 [root@yuji docker]# ls
 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08  cpu.cfs_quota_us
 cgroup.clone_children                                             cpu.rt_period_us
 cgroup.event_control                                              cpu.rt_runtime_us
 cgroup.procs                                                      cpu.shares
 cpuacct.stat                                                      cpu.stat
 cpuacct.usage                                                     notify_on_release
 cpuacct.usage_percpu                                              tasks
 cpu.cfs_period_us
 ##切换到test1容器的目录
 [root@yuji docker]# cd 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08
 [root@yuji 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08]# ls
 cgroup.clone_children  cgroup.procs  cpuacct.usage         cpu.cfs_period_us  cpu.rt_period_us   cpu.shares  notify_on_release
 cgroup.event_control   cpuacct.stat  cpuacct.usage_percpu  cpu.cfs_quota_us   cpu.rt_runtime_us  cpu.stat    tasks
 ##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）
 [root@yuji 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08]# cat cpu.cfs_quota_us
 -1                            #默认为-1，表示不限制
 ##查看CPU调度周期（单位：微秒）
 [root@yuji 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08]# cat cpu.cfs_period_us
 100000                        #单位微秒，即100毫秒，0.1秒
 ​

 #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。

（2）进行压力测试

[root@yuji ~]# docker exec -it test1 bash     #进入容器
 [root@059823a1abbe /]# vi /cpu.sh         #写个死循环脚本
 #!/bin/bash
 i=0
 while true
 do
    let i++
 done
 [root@059823a1abbe /]# chmod +x cpu.sh    #给脚本权限
 [root@059823a1abbe /]# ./cpu.sh           #运行脚本
 ​
 #再开一个终端，查看cpu.sh进程的cpu使用率
 [root@localhost ~]# 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

（3）创建容器时设置CPU使用时间限制

#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。
 [root@yuji ~]# docker run -itd --name test2 --cpu-quota 50000 centos:7
 WARNING: IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.
 8e7ba758a231b29dad1f668ba83092e8f637d2a9785999c6d23b27c60935b12b
 #查看CPU限额文件
 [root@yuji ~]# cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
 [root@yuji docker]# ls
 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08  cpuacct.usage         cpu.shares
 8e7ba758a231b29dad1f668ba83092e8f637d2a9785999c6d23b27c60935b12b  cpuacct.usage_percpu  cpu.stat
 cgroup.clone_children                                             cpu.cfs_period_us     notify_on_release
 cgroup.event_control                                              cpu.cfs_quota_us      tasks
 cgroup.procs                                                      cpu.rt_period_us
 cpuacct.stat                                                      cpu.rt_runtime_us
 [root@yuji docker]# cd 8e7ba758a231b29dad1f668ba83092e8f637d2a9785999c6d23b27c60935b12b
 [root@yuji 8e7ba758a231b29dad1f668ba83092e8f637d2a9785999c6d23b27c60935b12b]# cat cpu.cfs_quota_us
 50000
 ​
 #登录容器test2，写个死循环脚本并运行
 [root@yuji ~]# docker exec -it test2 bash
 [root@8e7ba758a231 /]#  vi /cpu.sh
 #!/bin/bash
 i=0
 while true
 do
  let i++
 done
 [root@8e7ba758a231 /]# chmod +x cpu.sh
 [root@8e7ba758a231 /]# ./cpu.sh 
 ​
 #再开一个终端，查看cpu使用率
 [root@yuji ~]# top                  #CPU使用率在50%左右
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
 3746 root      20   0   11688   1096    916 R  50.0  0.1   1:55.26 cpu.sh
 ​
 ​
 #容器的CPU使用时间限制设为50000，而调度周期为100000，表示容器占用50000/100000=50%的CPU。

（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
 [root@yuji ~]# cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
 [root@yuji docker]# ls
 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08  cpuacct.usage         cpu.shares
 8e7ba758a231b29dad1f668ba83092e8f637d2a9785999c6d23b27c60935b12b  cpuacct.usage_percpu  cpu.stat
 cgroup.clone_children                                             cpu.cfs_period_us     notify_on_release
 cgroup.event_control                                              cpu.cfs_quota_us      tasks
 cgroup.procs                                                      cpu.rt_period_us
 cpuacct.stat                                                      cpu.rt_runtime_us
 [root@yuji docker]# cd 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08
 #修改CPU使用时间限制
 [root@yuji 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08]# echo "33000" >cpu.cfs_quota_us
 [root@yuji 059823a1abbe2ac6ed35599ca0d3d68049e49263ff9add8f65cc55daa094ec08]# cat cpu.cfs_quota_us
 33000
 ​
 #此时再进入test1容器执行之前创建好的脚本，进行压力测试
 [root@yuji ~]# docker exec -it test1 bash
 [root@059823a1abbe /]# ./cpu.sh
 ​
 #再开一个终端，查看cpu使用率
 [root@localhost ~]# top
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
 4635 root      20   0   11688   1096    916 R  33.3  0.1   1:27.62 cpu.sh
 ​
 ​
 #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。

3.2 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。

（1）创建两个容器，设置CPU资源占用比

#先删除所有容器
 [root@yuji ~]# 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。
 [root@yuji ~]# docker run -itd --name c1 --cpu-shares 512 centos:7
 WARNING: IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.
 300b50f13ebef4921029e352f5850b1c81f8f8e28827a8d11f20e55eec94642b
 [root@yuji ~]# docker run -itd --name c2 --cpu-shares 1024 centos:7
 WARNING: IPv4 forwarding is disabled. Networking will not work.
 7a999b00c9eef7fdb916c2914087809e7eba55b1c52aaaabeeda16a4006f57a9
 [root@yuji ~]# 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

（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
 [root@yuji ~]# echo "net.ipv4.ip_forward = 1" >> /etc/sysctl.conf
 [root@yuji ~]# 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

进入c1容器，进行压力测试：

进入c2容器，进行压力测试：

（3）查看容器运行状态，观察CPU使用占比

#再打开一个终端，查看容器运行状态(动态更新)
 [root@yuji ~]# docker stats     #可以看到CPU使用占比大约是1:2
 CONTAINER ID   NAME      CPU %     MEM USAGE / LIMIT     MEM %     NET I/O          BLOCK I/O        PIDS
 7a999b00c9ee   c2        266.52%   188.9MiB / 1.938GiB   9.52%     32.8MB / 152kB   1.91MB / 50MB    7
 300b50f13ebe   c1        133.03%   203.1MiB / 1.938GiB   10.24%    33.7MB / 603kB   108MB / 51.4MB   7
 ​
 #因为宿主机有4核，所以CPU总百分比是400%。
 #c1:c2 = 133.03%:266.52% ≈ 1:2

3.3 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
 [root@yuji ~]# 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
 [root@yuji ~]# top    #可以看到CPU1和CPU3占满，其他CPU使用率为0
 top - 01:12:49 up  4:01,  3 users,  load average: 3.47, 2.96, 2.49
 Tasks: 183 total,   6 running, 177 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
 %Cpu0  :  0.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,100.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
 %Cpu1  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
 %Cpu2  :  0.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,100.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
 %Cpu3  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
 KiB Mem :  2031912 total,   150852 free,   635800 used,  1245260 buff/cache
 KiB Swap:  4194300 total,  4194236 free,       64 used.  1138692 avail Mem

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

#-m(--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
 [root@yuji ~]# 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
 [root@yuji ~]# docker stats
 CONTAINER ID   NAME      CPU %     MEM USAGE / LIMIT     MEM %     NET I/O          BLOCK I/O         PIDS
 437180fc6266   c4        0.00%     396KiB / 512MiB       0.08%     648B / 0B        0B / 0B           1
 ebcc06da3a03   c3        0.00%     174.2MiB / 1.938GiB   8.78%     32.8MB / 196kB   47.7MB / 50.6MB   1
 7a999b00c9ee   c2        0.00%     101.7MiB / 1.938GiB   5.13%     32.9MB / 152kB   1.91MB / 50MB     2
 300b50f13ebe   c1        0.00%     113MiB / 1.938GiB     5.69%     33.7MB / 603kB   108MB / 51.4MB    1

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）。

示例：

#--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
 ​
 ​
 #--memoryswap值和 -m 的值相同，表示容器无法使用swap
 docker run -itd --name yy02 -m 512m --memory-swap=512m centos:7 bash
 ​
 ​
 # --memory-swap 的值设置为0或者不设置，则容器可以使用的 swap 大小为 -m 值的两倍。
 docker run -itd --name yy03 -m 512m centos:7 bash
 ​
 ​
 # --memory-swap 值为 -1，它表示容器程序使用的内存受限，但可以使用的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）。
 docker run -itd --name yy04 -m 512m --memory-swap=-1 centos:7 bash

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)

5.1 创建容器，不限制写速度

#创建容器tt01，不限制写入速度

docker run -it --name tt01 centos:7 /bin/bash

​

#通过dd来验证写速度，拷贝50M的数据

dd if=/dev/zero of=/opt/test.out bs=10M count=5 oflag=direct #添加oflag参数以规避掉文件系统cache

​

#创建容器tt01，不限制写入速度

[root@yuji ~]# docker run -it --name tt01 centos:7 /bin/bash

#通过dd来验证写速度，拷贝50M的数据到容器中

[root@a62f5b811e58 /]# dd if=/dev/zero of=/opt/test.out bs=10M count=5 oflag=direct #添加oflag参数以规避掉文件系统cache

5+0 records in

5+0 records out

52428800 bytes (52 MB) copied, 0.0948474 s, 553 MB/s

​

#没有限制写速度的情况下，写入很快，0.09秒的时间内已写入50M的数据，写入速度为553M/s。

5.2 创建容器，并限制写速度

#创建容器，并限制写入速度为1MB/s，即每秒只能写入1MB的数据量。

[root@yuji ~]# docker run -it --name tt02 --device-write-bps /dev/sda:1mb centos:7 bash

#通过dd来验证写速度，拷贝50M的数据到容器中

[root@655f6cca0175 /]# dd if=/dev/zero of=/opt/test.out bs=10M count=5 oflag=direct #添加oflag参数以规避掉文件系统cache

5+0 records in

5+0 records out

52428800 bytes (52 MB) copied, 50.0048 s, 1.0 MB/s

​

#写入50M的数据，需要50s左右，因为限制了容器的写速度是 1.0 MB/s。

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。

示例：

#查看容器

[root@yuji ~]# docker ps -a

CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES

655f6cca0175 centos:7 "bash" 10 minutes ago Exited (0) 4 minutes ago tt02

a62f5b811e58 centos:7 "/bin/bash" 19 minutes ago Exited (0) 11 minutes ago tt01

437180fc6266 centos:7 "/bin/bash" 36 minutes ago Up 36 minutes c4

ebcc06da3a03 centos:7 "/bin/bash" 50 minutes ago Up 50 minutes c3

#清理磁盘，删除关闭的容器、无用的数据卷和网络。

[root@yuji ~]# docker system prune -a

WARNING! This will remove: #提示

• all stopped containers #删除清理所有停止的容器

• all networks not used by at least one container #删除未被使用的网络

• all images without at least one container associated to them #未被使用的镜像

• all build cache #删除已建立的缓存

​

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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#再次查看容器，只剩下启动中的容器

[root@localhost ~]# docker ps -a

CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES

525d77ff7423 centos:7 "/bin/bash" 3 minutes ago Up 3 minutes c6

fb2ee21e0468 centos:7 "/bin/bash" 12 minutes ago Up 12 minutes c4

81e3ea8f526e centos:7 "/bin/bash" 18 minutes ago Up 18 minutes c3

总结

1.对cpu的限制参数

docker run -cpu-period #设置调度周期时间1000~1000000

-cpu-quota #设置容器进程的CPU占用时间，要与调度周期时间成比例

--cpu-shares #设置多个容器之间的CPU资源占用比

--cpuset-cpus #绑核（第一个CPU编号从0开始）

2.对内存的限制

-m 物理内存 [--memory-swap=总值]

3.对磁盘IO的限制

--device-read-bps 设备文件:1mb/1M #限制读速度

--device-write-bps 设备文件:1mb/1M #限制写速度

--device-read-iops #限制读次数

--device-write-iops #限制写次数

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