[docker] Docker资源管理

一、docker资源控制

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。Caroup 是ControlGroups的缩写，是Linux 内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组所使用的物理资源(如 cpu、内存、磁盘，io等等)的机制，被LXC、docker等很多项目用于实现进程资源控制。Cgroup本身是提供将进程进行分组化管理的功能和接口的基础结构，I/O或内存的分配控制等具体的资源管理是通过该功能来实现的。

• 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、docker占用宿主机cpu的限制

2.1 cpu的使用率上限 

 Linux通过CFS (Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）来调度各个进程对ceu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。而容器的CPU配额必须不小于1ms，即--cpu-quota的值必须>= 1000。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

cd/sys/fs/cgroup/cpu/docker/9d415515c01e61a335bdc841e19b60a1ce54dd3cbaefeab7844fdcf785cd5aa4/

cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
-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。

进行CPU压力测试 

docker exec -it test5 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/9d415515c01e61a335bdc841e19b60a1ce54dd3cbaefeab7844fdcf785cd5aa4/
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

#在多核情况下，如果允许容器进程完全占用两个 CPU， 则可以将 cpu-period 设置为 100000（ 即 0.1 秒）， cpu-quota设置为 200000（0.2 秒）。

 

2.2 设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效） 

注意：该方式需要设置多个容器时才会生效 

 创建容器时可以使用选项  --cpu-shares  数值（该数值要为1024的倍数，1024代表一份，当个容器占用cpu的份额由自身分配的份数除于所有容器占用cpu的份数，就为该容器所占用cpu资源的百分比）

[root@localhost ~]#docker run -id --name b1 --cpu-shares 2048 centos:7
 
[root@localhost ~]#docker run -id --name b2 --cpu-shares 1024 centos:7
 
[root@localhost ~]#docker run -id --name b3 --cpu-shares 1024 centos:7
 
创建三个容器为 b1 和 b2 和 b3，设置容器的权重，使得b1和b2和b3的CPU资源占比为1/2和1/4和1/4。

 开启三个终端，启动容器压测：

#三个容器均为以下压测操作
#下载压测工具依赖环境
yum install -y epel-release
#下载压测工具
yum install -y stress
#进行四个线程压测
stress -c 2
 
 
#再开启一个终端查看测试结果
docker stats

查看容器运行状态（动态更新） 

由测试结果， 可以看到在cPU进行时间片分配的时候，容器b1比容器b2和b3多一倍的机会获得cpu的时间片。但分配的结果取决于当时主机和其他容器的运行状态，实际上也无法保证容器 b2和b3一定能获得cpu时间片

比如容器b2和b3的进程一直是空闲的，那么容器b1是可以获取比容器b2和b3更多的cpu时间片的。极端情况下，例如主机上只运行了一个容器，即使它的cpu份额只有50，它也可以独占整个主机的cpu资源。

 Cgroups 只在容器分配的资源紧缺时，即在需要对容器使用的资源进行限制时，才会生效。因此，无法单纯根据某个容器的cpu 份额来确定有多少cpu资源分配给它，资源分配结果取决于同时运行的其他容器的CPU分配和容器中进程运行情况。

2.3 设置容器绑定指定的cpu 

查看主机中的cpu编号 

top   
按数字“1”

进行绑核创建容器  

[root@localhost ~]#docker run -id --name b4 --cpuset-cpus 1 centos:7

 压力测试：

yum install -y epel-release
yum install -y stress
 
stress -c 1

三、内存使用的限制

 3.1 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 

docker run -itd --name d1 -m 512m centos:7 /bin/bash
docker  stats

3.2 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）。

 #--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 d2 -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 d3 -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 d4 -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 d5 -m 512m --memory-swap=-1 centos:7 bash
 

四、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。

该速度是指每秒钟进行读写操作1M，1G或者是1kb 

--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)

4.1 默认情况下容器的写速度 

[root@localhost ~]#docker run -id --name e1  centos:7
[root@localhost ~]#docker exec -it e1 bash
[root@8657384cb483 /]# dd if=dev/zero of=/mnt/test.txt bs=10M count=10 oflag=direct
## oflag=direct 规避文件读写系统中所带来的缓存，避免影响测试结果

4.2 进行写速度限制的容器创建  

docker run -it --name test10 --device-write-bps /dev/sda:1mb centos:7 /bin/bash

dd if=dev/zero of=/mnt/test.txt bs=10M count=10 oflag=direct

五、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。 

docker system prune -a 

 

总结 

对cpu的限制参数

设置单个容器进程能够使用的CPU使用率上限
针对新建的容器：
docker run --cpu-period 单个CPU调度周期时间(1000~1000000)  --cpu-quota 容器进程能够使用的最大CPU时间(>=1000)

针对已存在的容器：
修改 /sys/fs/cgroup/cpu/docker/容器ID/ 目录下的 cpu.cfs_period_us(单个CPU调度周期时间)  cpu.cfs_quota_us(容器进程能够使用的最大CPU时间)  文件的值


设置多个容器的CPU占用份额（只能在多个容器同时运行且CPU资源紧张时生效）
docker run --cpu-shares 容器进程最大占用CPU的份额(值为1024的倍数)

设置容器绑定指定的CPU
docker run --cpuset-cpus CPUID1[,CPUID2,....]

对内存的限制 

设置容器能够使用的内存和swap的值
docker run -m 内存值  --memory-swap 内存和swap的总值
                                    设置 0 或 不设置，表示swap为内存的2倍
									设置 -1，表示不限制swap的值，宿主机有多少容器即可使用多少
									设置 与 -m 一样的值，表示不使用swap

对磁盘IO的限制 

docker run --device-read-bps    磁盘设备文件路径:速率                  #限制容器在某个磁盘上读的速度
           --device-write-bps   磁盘设备文件路径:速率                  #限制容器在某个磁盘上写的速度
		   --device-read-iops   磁盘设备文件路径:次数                  #限制容器在某个磁盘上读的次数
           --device-write-iops  磁盘设备文件路径:次数                  #限制容器在某个磁盘上写的速度