Cgroup

Docker通过Cgroup来控制容器使用的资源配额，包括cpu、内存、磁盘三个方面，基本覆盖了常见的资源配额和使用量控制

Cgroup 是Control Groups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。这些具体的资源管理功能称为cgroup子系统，有以下几大子系统实现:

blkio:设置限制每个块设备的输入输出控制。例如:磁盘，光盘以及usb等等。CPU:使用调度程序为cgroup任务提供 cPU的访问。
cpuacct: 产生cgroup任务的cPU资源报告。
cpuset:如果是多核心的CPu，这个子系统会为cgroup任务分配单独的 CPU和内存。
devices:允许或拒绝cgroup任务对设备的访问。
freezer:暂停和恢复cgroup任务。
memory:设置每个 cgroup 的内存限制以及产生内存资源报告。
net_cls：标记每个网络包以供cgroup方便使用。
ns:―命名空间子系统。
perf_event:增加了对每个group,的监测跟踪的能力，可以监测属于某个特定的group的所有线程以及运行在特定CPU上的线程。

使用stress工具测试

利用dockerfile，安装工具

[root@server ~]# cd /opt/
[root@server /opt]# mkdir stress
[root@server /opt]# cd stress/
[root@server /opt/stress]# vim dockerfile

FROM centos:7
MAINTAINER LIC
RUN yum install -y wget
RUN wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo
RUN yum install -y stress

[root@server /opt/stress]# systemctl restart docker
[root@server /opt/stress]# docker build -t centos:stress .
[root@server /opt/stress]# docker images
REPOSITORY                           TAG               IMAGE ID       CREATED         SIZE
centos                               stress            4e1c6255ba7b   7 seconds ago   477MB

权重 --cpu-shares

使用如下命令创建容器，命令中的-cpu-shares参数值不能保证可以获得1个cpu或者多少GHz的CPU资源，它仅是一个弹性的加权值。

docker run -itd --cpu-shares 100 centos:stress

说明：默认情况下，每个Docker容器的CPU份额都是1024。 单独一个容器的份额是没有意义的。只有在同时运行多个容器时，容器的CPU加权的效果才能体现出来。
例如，两个容器A. B的CPU份额分别为1000和500， 在CPU进行时间片分配的时候，容器A比容器B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A一定能获得CPU时间片。比如容器A的进程一 直是空闲的，那么容器B是可以获取比容器A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。

开两个容器，都让他们产生10个子函数进程，进入容器，top命令对比cpu使用百分比

[root@server ~]# docker run -itd --name cpu512 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 10
5dc8be7919887cd249817442ec9542f11b6db18ae2099a05effb80dc10cca32c
[root@server ~]# docker run -itd --name cpu1024 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 10
aef28a73d04797900b203ee4b4b101317ac069e28f874c23ede02040a3ebb774
[root@server ~]# docker ps 
CONTAINER ID   IMAGE           COMMAND          CREATED          STATUS          PORTS     NAMES
aef28a73d047   centos:stress   "stress -c 10"   7 seconds ago    Up 6 seconds              cpu1024
5dc8be791988   centos:stress   "stress -c 10"   18 seconds ago   Up 17 seconds             cpu512

CPU周期限制 --cpu-period、–cpu-quota

1、–cpu-period 是用来指定容器对CPU的使用要在多长时间内做一 次重新分配。
2、–cpu-quota是用来指定在这个周期内，最多可以有多少时间用来跑这个容器。
3、–cpu-quota是–cpu-period的倍数时，使用多个CPU

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与–cpu-stress不同的是，这种配置是指一个绝对值，容器对CPU资源的使用绝对不会超过配置的值。

cpu-period和cpu-quota的单位为微秒(μs)。cpu-period的最小值为1000微秒，最大值为1秒(10^6μs) ，默认值为0.1秒(100000μs) 。

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cpu-quota的值默认为-1， 表示不做控制。cpu-period和cpu-quota参数一般联合使用。

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例如：容器进程需要每1秒使用单个CPU的0.2秒时间，可以将cpu-period设置为1000000 (即1秒)，cpu-quota设置为200000 (0.2秒)。

当然，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)。

[root@server ~]# docker run -itd --cpu-period 100000 --cpu-quota 200000 centos:stress
c6a7f0a98b5e07beb4cd96525f4a338ad259bc984d7d5cafd69b4d44e945495b
[root@server ~]# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE           COMMAND          CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
c6a7f0a98b5e   centos:stress   "/bin/bash"      8 seconds ago   Up 7 seconds             elated_mclean
aef28a73d047   centos:stress   "stress -c 10"   9 minutes ago   Up 9 minutes             cpu1024
5dc8be791988   centos:stress   "stress -c 10"   9 minutes ago   Up 9 minutes             cpu512
[root@server ~]# docker exec -it c6a7f0a98b5e bash
[root@c6a7f0a98b5e /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_period_us 
100000
[root@c6a7f0a98b5e /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.cfs_quota_us  
200000
[root@c6a7f0a98b5e /]# 

CPU Core控制 --cpuset-spus

对多核CPU的服务器，Docker还可以控制容器运行哪些CPU内核，即使用–cpuset-cpus参数，这对具有多CPU的服务器尤其有用，可以对需要高性能计算的容器进行性能最优的配置。

docker run -itd --name cpu1 --cpuset-cpus 0-1 centos:stress

执行以上命令需要宿主机为双核，表示创建的容器只能用0和1两个内核，进入容器后可以用以下命令进行检测

cat /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.cpus

查看容器进程与CPU内核的绑定关系

docker exec 容器id taskset -c -p 1

CPU配额控制参数的混合使用

通过 cpuset-cpus参数指定容器A使用 CPU内核0，容器B只是用CPU内核1。
在主机上只有这两个容器使用对应cPU内核的情况，它们各自占用全部的内核资源，cpu-shares没有明显效果。

cpuset-cpus、 cpuset-mems
参数只在多核、多内存节点上的服务器上有效，并且必须与实际的物理配置匹配，否则也无法达到资源控制的目的。
在系统具有多个CPU内核的情况下，需要通过cpuset-cpus参数为设置容器cPU内核才能方便地进行测试。

docker stop `docker ps -qa`
docker run -itd --name cpu3 --cpuset-cpus 0 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 1

docker run -itd --name cpu4 --cpuset-cpus 2 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 1

内存配额

与操作系统类似，容器可使用的内存包括两部分:物理内存和Swap。
Docker通过下面两组参数来控制容器内存的使用量。
-m或–memory:设置内存的使用限额(上限)，例如l100N、1024M。
–memory-swap:设置内存+swap的使用限额。
执行如下命令允许该容器最多使用200M的内存和 300M的 swap。

docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 280M

--vm 1：启动一个内存工作线程
--vm-bytes 280M：每个线程分配280M内存

默认情况下，容器可以使用主机上的所有空闲内存
与CPU的cgroups配置类似，Docker会自动为容器再目录/sys/fs/cgroup/memory/docker/<容器完整id>中创建相应cgroup配置文件

[root@server ~]# docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 300M
stress: info: [1] dispatching hogs: 0 cpu, 0 io, 1 vm, 0 hdd
stress: dbug: [1] using backoff sleep of 3000us
stress: dbug: [1] --> hogvm worker 1 [7] forked
stress: dbug: [7] allocating 314572800 bytes ...
stress: dbug: [7] touching bytes in strides of 4096 bytes ...
stress: FAIL: [1] (416) <-- worker 7 got signal 9
stress: WARN: [1] (418) now reaping child worker processes
stress: FAIL: [1] (422) kill error: No such process
stress: FAIL: [1] (452) failed run completed in 0s

Block IO的限制

默认情况下，所有容器能平等地写入磁盘，可以通过设置-blkio-weight参数来改变容器block 10的 优先级

[root@server ~]# docker run -it --name container_A --blkio-weight 600 centos:stress 
[root@1dc9e9192cf1 /]# cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight
600
[root@1dc9e9192cf1 /]# exit
exit
[root@server ~]# docker run -it --name container_B --blkio-weight 300 centos:stress 
[root@bd9bdd05d4da /]# cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight
300

bps和iops的限制

bps是byte per second，每秒读写的数据量。
iops是io per second，每秒读写的次数。

可通过以下参数控制容器的bps和iops：

–device-read-bps， 限制读某个设备的bps
–device-write-bps， 限制写某个设备的bps
–device-read-iops， 限制读某个设备的iops
–device-write-iops， 限制写某个设备的iops

限制容器写/dev/sda的速率为5MB/s

[root@server ~]# docker run -it --device-write-bps /dev/sda:5MB centos:stress 
[root@a6cfbd7410d7 /]# dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=1024 oflag=direct
^C115+0 records in
115+0 records out
120586240 bytes (121 MB) copied, 23.0031 s, 5.2 MB/s

不限制容器写入的速度

[root@server ~]# docker run -it centos:stress 
[root@0359b1c59c5b /]# dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=1024 oflag=direct
1024+0 records in
1024+0 records out
1073741824 bytes (1.1 GB) copied, 0.735882 s, 1.5 GB/s