容器隔离性带来的问题--容器化Java应用比虚机启动速度慢

引发的问题

同等配置下，虚机中的java 服务的启动速度，要比容器快很多（将近两倍）

实测数据

在同是1c1g的虚机和容器中，虚机启动时间大概在1min20s，容器启动时间大概在2min40s。

排查思路

怀疑网络

最开始怀疑是网络问题，因为业务依赖外部数据库，在容器和虚机中ping、telnet外部数据库，能通而且延迟差不多。

咨询熟悉java的小伙伴，说 spingboot可能有潜在的外部网络请求延迟（如请求Spring官网等），请求可能多次失败超时，不影响服务启动，但会影响启动时间。通过在虚机和容器中抓包，抓到了一个外部域名，但是虚机容器中都可以正常联通。包括修改域名服务器，都没有效果

硬件差异

排查问题陷入僵局后，咨询小伙伴的建议，涛哥提出是不是因为硬件差异导致的？这是个新的思路，之前只关注了软件层面的。

google了下，确实有人遇到了因为cpu频率的差异，导致虚机和容器中业务性能的差异。查看了容器和虚机所在主机的cpu频率后，进一步证实了涛哥的猜想，cpu频率确实有将近一倍的差异。根据文章中提供的解决办法，通过修改cpu的工作模式，从
powersave到performance，来提高cpu的工作频率。命令如下：

# 查看cpu频率
# lscpu    
Architecture:          x86_64
CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                48
On-line CPU(s) list:   0-47
Thread(s) per core:    2
Core(s) per socket:    12
Socket(s):             2
NUMA node(s):          2
Vendor ID:             GenuineIntel
CPU family:            6
Model:                 79
Model name:            Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2650 v4 @ 2.20GHz
Stepping:              1
CPU MHz:               2494.133
CPU max MHz:           2900.0000
CPU min MHz:           1200.0000
BogoMIPS:              4389.67
Virtualization:        VT-x
L1d cache:             32K
L1i cache:             32K
L2 cache:              256K
···
# 查看cpu工作模式
# cat /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor
powersave
powersave
...

# 修改cpu工作模式
# cpupower -c all frequency-set -g performance
# 查看每个cpu的频率
# grep -i mhz /proc/cpuinfo
cpu MHz        : 1870.495
cpu MHz        : 2348.156
cpu MHz        : 2160.900
cpu MHz        : 1918.896
··· 

在修改完cpu工作模式后，cpu MHz确实有很大的提高，但是实测容器中业务启动时间并没有预期的和虚机中的速度一样，只有一点优化。看来cpu MHz不是决定的影响因素。

后来详细查了一下，cpu MHz是个不断浮动的素质，cpu性能要看CPU max MHz和工作模式。两台宿主机的cpu型号是一致的，改动cpu工作模式影响有限

容器对java的隔离缺陷

在之前容器化java业务的时候就遇到了OOMKilled，以及Runtime.getRuntime().availableProcessors()获取的cpu核数问题。当时通过引入了lxcfs，以及替换jvm libnumcpus.so文件，通过环境变量注入cpu核数来解决这个问题。

在怀疑是隔离引起的问题后，对比了虚机和容器中java进程的线程数，发现确实有比较大的差异。命令如下：

# 虚机中
···
[root@data-message-b69c847c7-sjlrx /]# cat /proc/136/status |grep Threads
Threads:    42
[root@data-message-b69c847c7-sjlrx /]# cat /proc/136/status |grep Threads
Threads:    42
[root@data-message-b69c847c7-sjlrx /]# cat /proc/136/status |grep Threads
Threads:    42
[root@data-message-b69c847c7-sjlrx /]# cat /proc/136/status |grep Threads
Threads:    42
[root@data-message-b69c847c7-sjlrx /]# cat /proc/136/status |grep Threads
Threads:    42
[root@data-message-b69c847c7-sjlrx /]# cat /proc/136/status |grep Threads
Threads:    42
···


# 容器中
···
[root@data-message-79bb65797d-ffsfb /]# cat /proc/42/status |grep Threads
Threads:    74
[root@data-message-79bb65797d-ffsfb /]# cat /proc/42/status |grep Threads
Threads:    74
[root@data-message-79bb65797d-ffsfb /]# cat /proc/42/status |grep Threads
Threads:    76
[root@data-message-79bb65797d-ffsfb /]# cat /proc/42/status |grep Threads
Threads:    76
[root@data-message-79bb65797d-ffsfb /]# cat /proc/42/status |grep Threads
Threads:    76
···

解决办法

使用包含了cpu-online /sys/devices/system/cpu/online的lxcfs(我们之前引入的lxcfs还未支持cpu-online)

在引入新版lxcfs cpu-online后，线程数下降明显，启动速度有明显的改善，达到和虚机同等水平。

LXCFS 3.1.2 has been released

Virtualize /sys/devices/system/cpu/online

LXCFS now also partially virtualizes sysfs. The first file to virtualize is /sys/devices/system/cpu/online per container.

结论

容器java进程启动慢的最终原因，还是容器的隔离性不够，导致jvm启动过多的线程，线程频繁切换带来的性能下降。目前使用包含cpu-online的lxcfs能解决这个问题。