云原生Docker Cgroups资源控制操作

资源控制

cgroups四大功能

CPU 资源控制

设置CPU使用率上限

进行CPU压力测试

设置50%的比例分配CPU使用时间上限

设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）

设置容器绑定指定的CPU

对内存使用的限制

限制容器可以使用的最大内存

限制可用的 swap 大小， --memory-swap

对磁盘IO配额控制（blkio）的限制

清理docker占用的磁盘空间

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。
Cgroup 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。

cgroups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

CPU 资源控制

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。
而容器的 CPU 配额必须不小于 1ms，即 --cpu-quota 的值必须 >= 1000。

#创建容器
docker run -itd --name test5 centos:7 /bin/bash#查看容器
[root@localhost docker]# docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND       CREATED          STATUS          PORTS     NAMES
a13543c5f4f2   centos:7   "/bin/bash"   34 seconds ago   Up 33 seconds             test5
[root@localhost docker]# cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/
[root@localhost docker]# ls
a13543c5f4f2419e2b8ef40553eabe0c30e9d94188e8a7986ecf5c81c3fd9796  cpuacct.stat          cpu.cfs_quota_us   cpu.stat
cgroup.clone_children                                             cpuacct.usage         cpu.rt_period_us   notify_on_release
cgroup.event_control                                              cpuacct.usage_percpu  cpu.rt_runtime_us  tasks
cgroup.procs                                                      cpu.cfs_period_us     cpu.shares#切换目录到容器相关配置目录
[root@localhost docker]# cd a13543c5f4f2419e2b8ef40553eabe0c30e9d94188e8a7986ecf5c81c3fd9796/
[root@localhost a13543c5f4f2419e2b8ef40553eabe0c30e9d94188e8a7986ecf5c81c3fd9796]# ls
cgroup.clone_children  cpuacct.usage         cpu.rt_period_us   notify_on_release
cgroup.event_control   cpuacct.usage_percpu  cpu.rt_runtime_us  tasks
cgroup.procs           cpu.cfs_period_us     cpu.shares
cpuacct.stat           cpu.cfs_quota_us      cpu.stat
[root@localhost a13543c5f4f2419e2b8ef40553eabe0c30e9d94188e8a7986ecf5c81c3fd9796]# cat cpu.cfs_quota_us 
-1
[root@localhost a13543c5f4f2419e2b8ef40553eabe0c30e9d94188e8a7986ecf5c81c3fd9796]# 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

#登录容器
docker exec -it 3ed82355f811 /bin/bash
#写了个死循环并执行
vim /cpu.sh
#!/bin/bash
i=0
while true
do
let i++
donechmod +x /cpu.sh
./cpu.shtop					#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

#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/4b9b13808286(对已经存在的容器进行限制）
echo 50000 > cpu.cfs_quota_us
docker exec -it 4b9b13808286 /bin/bashvim /cpu.sh
#!/bin/bash
i=0
while true
do
let i++
donechmod +x /cpu.sh
./cpu.shtop					#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）。

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
docker exec -it c1 bash
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docker exec -it c2 bash
docker exec -it c1 bash
yum install -y epel-release
yum install -y stress
stress -c 4	#查看容器运行状态（动态更新）
docker stats

可以看到在 CPU 进行时间片分配的时候，容器 c2 比容器 c1 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 c1 一定能获得 CPU 时间片。
比如容器 c1 的进程一直是空闲的，那么容器 c2 是可以获取比容器 c1 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。

设置容器绑定指定的CPU

#先分配虚拟机4个CPU核数[root@localhost ~]#docker run -itd --name test7 --cpuset-cpus 1,3 centos:7
bcc599d66099a91b1029bfb9b7c01c4715f7fb65da6c91f74938a6f6a6722588#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

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
docker run -itd --name test8 -m 512m centos:7 /bin/bashdocker 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）。

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