Docker网络与资源控制

 

一、Docker 网络实现原理

Docker使用Linux桥接，在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)，Docker启动一个容器时会根据Docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的 Container-IP 直接通信。

Docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法直接通过 Container-IP 访问到容器。如果容器希望外部访问能够访问到，可以通过映射容器端口到宿主主机（端口映射），即 docker run 创建容器时候通过 -p 或 -P 参数来启用，访问容器的时候就通过[宿主机IP]:[容器端口]访问容器。

docker run -d --name test1 -P nginx					#随机映射端口（从32768开始）

docker run -d --name test2 -p 43000:80 nginx		#指定映射端口

 

docker ps -a

 浏览器访问： http:192.168.237.21:32769

一、Docker 的网络模式

Host	容器将不会虚拟出自己的网卡，配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。
Container	创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围。
None	该模式关闭了容器的网络功能。
Bridge	默认为该模式，此模式会为每一个容器分配、设置IP等，并将容器连接到一个docker0虚拟网桥，通过docker0网桥以及iptables nat 表配置与宿主机通信。
自定义网络	可以自定义ip地址

1.1查看docker网络列表

 1.2选项指定容器的网络模式

 ●host模式：使用 --net=host 指定。

●none模式：使用 --net=none 指定。

●container模式：使用 --net=container:NAME_or_ID 指定。

●bridge模式：使用 --net=bridge 指定，默认设置，可省略。

二、网络模式详解

2.1host模式

①host模式

相当于Vmware中的桥接模式，与宿主机在同一个网络中，但没有独立IP地址。 Docker使用了Linux的Namespaces技术来进行资源隔离，如PID Namespace隔离进程，Mount Namespace隔离文件系统，Network Namespace隔离网络等。 一个Network Namespace提供了一份独立的网络环境，包括网卡、路由、iptable规则等都与其他的Network Namespace隔离。 一个Docker容器一般会分配一个独立的Network Namespace。 但如果启动容器的时候使用host模式，那么这个容器将不会获得一个独立的Network Namespace， 而是和宿主机共用一个Network Namespace。容器将不会虚拟出自己的网卡、配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。

 

②container模式

在理解了host模式后，这个模式也就好理解了。这个模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个Network Namespace，而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围等。同样，两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过lo网卡设备通信。

 

docker run -itd --name test1 centos:7 /bin/bash #--name 选项可以给容器创建一个自定义名称

docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 3ed82355f811 centos:7 "/bin/bash" 5 days ago Up 6 hours test1

docker inspect -f '{{.State.Pid}}' 3ed82355f811 #查看容器进程号 25945

ls -l /proc/25495/ns #查看容器的进程、网络、文件系统等命名空间编号 
lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 7 11:29 ipc -> ipc:[4026532572] 
lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 7 11:29 mnt -> mnt:[4026532569]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 7 11:27 net -> net:[4026532575] 
lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 7 11:29 pid -> pid:[4026532573] 
lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 7 12:22 user -> user:[4026531837] 
lrwxrwxrwx 1 root root 0 1月 7 11:29 uts -> uts:[4026532570]

docker run -itd --name test2 --net=container:3ed82355f811 centos:7 /bin/bash docker

ps -a

③none模式

使用none模式，Docker容器拥有自己的Network Namespace，但是，并不为Docker容器进行任何网络配置。 也就是说，这个Docker容器没有网卡、IP、路由等信息。这种网络模式下容器只有lo回环网络，没有其他网卡。这种类型的网络没有办法联网，封闭的网络能很好的保证容器的安全性。

 

④bridge模式

bridge模式是docker的默认网络模式，不用--net参数，就是bridge模式。

相当于Vmware中的 nat 模式，容器使用独立network Namespace，并连接到docker0虚拟网卡。通过docker0网桥以及iptables nat表配置与宿主机通信，此模式会为每一个容器分配Network Namespace、设置IP等，并将一个主机上的 Docker 容器连接到一个虚拟网桥上。

（1）当Docker进程启动时，会在主机上创建一个名为docker0的虚拟网桥，此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似，这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。

（2）从docker0子网中分配一个IP给容器使用，并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备。veth设备总是成对出现的，它们组成了一个数据的通道，数据从一个设备进入，就会从另一个设备出来。因此，veth设备常用来连接两个网络设备。

（3）Docker将 veth pair 设备的一端放在新创建的容器中，并命名为 eth0（容器的网卡），另一端放在主机中， 以 * 这样类似的名字命名，并将这个网络设备加入到 docker0 网桥中。可以通过 brctl show 命令查看。veth

（4）使用 docker run -p 时，docker实际是在iptables做了DNAT规则，实现端口转发功能。可以使用iptables -t nat -vnL 查看。

 

⑤自定义网络

#直接使用bridge模式，是无法支持指定IP运行docker的，例如执行以下命令就会报错 docker run -itd --name test3 --network bridge --ip 172.17.0.10 centos:7 /bin/bash

//创建自定义网络 #可以先自定义网络，再使用指定IP运行docker

docker network create --subnet=172.18.0.0/16 --opt "com.docker.network.bridge.name"="docker1" mynetwork
#docker1 为执行 ifconfig -a 命令时，显示的网卡名，如果不使用 --opt 参数指定此名称，那你在使用 ifconfig -a 命令查看网络信息时，看到的是类似 br-110eb56a0b22 这样的名字，这显然不怎么好记。

#mynetwork 为执行 docker network list 命令时，显示的bridge网络模式名称。

docker run -itd --name test4 --net mynetwork --ip 172.18.0.10 centos:7 /bin/bash

六、资源控制

CPU 资源控制 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。

6.1cgroups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

100000 1 50000 0.5

6.2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。

docker run -itd --name test5 centos:7 /bin/bash

docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 3ed82355f811 centos:7 "/bin/bash" 5 days ago Up 6 hours test5

cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/3ed82355f81151c4568aaa6e7bc60ba6984201c119125360924bf7dfd6eaa42b/ cat cpu.cfs_quota_us -1

cat cpu.cfs_period_us

100000

 

#cpu.cfs_period_us：cpu分配的周期(微秒，所以文件名中用 us 表示），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。 如果设为50000，表示占用50000/100000=50%的CPU。

6.3进行CPU压力测试

docker exec -it 3ed82355f811 /bin/bash vim /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

6.4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

6.4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 1,3 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。

对内存使用的限制 //-m(--memory=) 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）。

3．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

生产扩展 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

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-r