你知道歌谣吗？
你知道歌谣吗？

淘宝主站Cgroup资源控制

目录

项目背景：主站的现状

选型的过程

Cgroup/LinuxContainer介绍

 定制和开发 

存在的问题和对策

项目背景

主站：

  • 跑在xen虚拟机上的Java应用 
  • 处理业务逻辑，本地无重要存储，无状态。 
  • 一台物理机部署3台虚拟机 
  • 双路Xeon，48GB内存 
  • 多数应用是非交易相关的 
  • 有1/3虚拟机峰值Load小于0.5
  • 基本无磁盘IO，主要资源需求集中于cpu和内存 
  • 机器数量非常多

淘宝主站Cgroup资源控制_第1张图片

我们需要什么

  • 一台物理机跑更多虚拟机 
  • 更好的组合应用，做到集群利用率均衡 
  • 消耗资源多的和少的部署在一起 
  • 核心应用和非核心部署在一起 
  • 如果某台虚拟机流量上升需要更多资源， 给它分配的内存和cpu也增加，反之亦然。 
  • 不增加监控、运维成本

OS层次上的虚拟化

  • Operating system-level virtualization 
  • 各种称呼, “containers”, “jails”, 增强的chroot
  • Container是安全容器与资源容器的组合
  • 安全容器：chroot, UID/PID/IPC/Network Namespace 
  • 资源容器：Control Cgroup(Cgroup) 

实现 

  • Linux ▪ OpenVZ, Linux-VServer, LinuXContainer(LXC) 

Solaris Zones

FreeBSD Jails

Cgroup

  •  LXC = Namespace + Cgroup 
  • 基于进程组的资源管理 
  • 基础框架+ 子控制器 

使用Cgroup的分组机制，对一组进程就某种系统资源实现资 源管理。

  • cpuset子控制器 

为进程组分配一组允许使用的CPU和内存结点 

  • memcg子控制器 

限制进程组允许使用的物理内存 

只限制匿名页和Page Cache，不包括内核自己使用的内存 

内存紧张时使用与全局回收同样的算法在组内回收 

  • Blkio子控制器

限制进程组的磁盘IO带宽 

实际控制的是磁盘为各进程组服务的时间片数量，和进程调 度器cfs针对cpu的分时服务原理相同

实际使用的方案

淘宝主站Cgroup资源控制_第2张图片

虚拟化方案比较

淘宝主站Cgroup资源控制_第3张图片

Contains的优势和劣势

优点 

  • 虚拟化开销小，一台物理机跑很多“小”虚拟机 
  • 通过Cgroup增减CPU/内存非常方便，调整速度很快 
  • 和本地环境相同的速度

缺点 

  • 不能热迁移-----调度流量，而不是调度机器 
  • 不能模拟不同体系结构、装不同os------不需要
  • 安全隔离差-------内部集群，由运维操作 
  • ForkBomb、优先级反转、Cgroup实现缺陷
  • 见招拆招 ▪ Memcg不能控制buffer和内核内存 
  • Proc下的多数文件不认识Container，top/sar/free/iostat 都用不了
  • 自己按需求修改内核

性能监控

  • /proc没有“虚拟化” 
  • 为每个Container计算Load和CPU利用率 

社区已有部分Patch，但没被接受 

Upstream内核中为了提高SMP伸缩性，计算Load变 得非常复杂—而且有Bug，幸好我们目前不需要 

如何表示与自己共享CPU的其他Container占用的 CPU时间？借用半虚拟化中的steal time概念 

  • 为每个Container维护/proc/meminfo 

社区已有部分Patch，但仍然不被接受 

Buffer列只能显示零 

内存总量即为Cgroup允许的该容器内存上限

弹性内存分配

  •  Cgroup可以动态调整内存上限，但Hotspot 的GC堆大小是启动时设定的
  • 基本想法：在内存紧张时，“摘掉”GC堆 中垃圾对象所占的物理内存

内存紧张可能由于全局内存缺乏，也可能由于 cgroup组内内存不足 

仍然不能让GC堆扩大，但可以一开始就设个比 较大的值(overcommit)，在资源紧张时让其缩小 

对GC堆上限(-Xmx)和memcg上限(hard limit)这 两个参数不再敏感

  • 重新思考最基础的设计 
  • Hotspot 的GC堆大小(-Xmx)和memcgroup的上 限(hard limit)如何取值？堆内和堆外内存应该 给多少？
  • 内存满了会发生什么？ 

匿名页被交换到磁盘上

Page cache页直接丢弃，脏页丢弃前先回写

部署大量Java应用时内存主要是GC堆的匿名页

垃圾所占匿名页从其失去最后一个引用之时起到下 次GC之时止不会被访问，被交换出去的概率相对更 大 

把垃圾交换到磁盘上是一种浪费

淘宝主站Cgroup资源控制_第4张图片

 

很多细节

  • 有许多Container，该回收谁的内存？ 

Shares: Container的权重，我们在这里使用其允许 使用的最大内存总量做为权重

Pages: Container实际使用的内存量  回收倾向= Shares / Page，越小越容易被选中 

  • 希望的行为 

Container活跃时得到允许范围内尽可能多内存 

Container的工作集缩小(不活跃)时剥夺它的内存

引入内存活跃程度百分比α，通过定期扫描页得到 

引入不活跃内存惩罚系数idle_tax∈[1, +∞) 

回收倾向= Shares / Pages * (α + idle_tax * (1 – α) ) 

  • 算法来自Vmware ESX Server

遗留问题

  • 内存还剩多少时触发？ 

Full GC时Young Gen中活对象先整体提升，所以内存使用量 可能出现先升后降的现象 

Full GC用时远长于一次kswapd活动，内存用量在Full GC期间 可能继续上涨至direct reclaim 

必须考虑和Page cache用量的平衡

  • 目前只支持ParallelGC collector，不支持CMS 
  • numaaware 

目前实现把每个numa结点视为单独的机器计算

然而ParallelGC collector不是numa-aware的，被某个内存紧 张的结点挑中的Container回收到的内存未必在这个结点上 

  • 内存压力有可能来自于应用内存持续泄露，此时oom比 触发GC来回收内存更好

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