为什么要Docker要做资源分配，虚拟机不需要？

容器和虚拟机的区别：

虚拟机不需要做，因为虚拟机在创建的时候已经做了资源分配（配额），（虚拟CPU,虚拟内存,虚拟磁盘等）
而容器共享内核资源，所以需要做Cgroup，按照往年监控的数据，查看cpu等资源的耗用情况来进行分配

一、Cgroup资源配置方法

Docker是通过Cgroup来控制容器使用的资源配额，包括CPU、内存、磁盘i/o三大方面，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）的机制，被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功能。

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，usb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。

二、使用stress工具测试CPU和内存

使用Dockerfile来创建一个基于Centos的stress工具镜像

[root@server1 ~]# mkdir stress
[root@server1 ~]# vim stress/Dockerfile
[root@server1 ~]# cd stress/
[root@server1 stress]# vim Dockerfile
FROM centos:7
MAINTAINER chen
RUN yum -y install wget
RUN wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo
RUN yum -y install stress[root@server1 stress]# docker build -t centos:stress .

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vcpu或者多少GHz的CPU资源，它仅是一个弹性的加权值。

[root@server1 ~]# docker run -itd --cpu-shares 100 centos:stress

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。只有在同时运行容器时，容器的cpu加权的效果才能显现。

例如：两个容器A、B的cpu份额分别为1000和500，在cpu进行实际片分配的时候，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。
例如：cpu时间片：1秒
容器A：50% 0.5秒
容器B：25% 0.25秒
容器C：25% 0.25秒
CPU给容器充电是在平均值层面：CPU给A容器充0.5秒，给B容器充0.25秒

可以通过cpu share可以设置容器使用cpu的优先级，比如启动了两个容器及运行查看cpu使用百分比。

[root@server1 ~]# docker run -itd --name cpu512 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 10               #stress -c 10：容器产生10个子函数进程
[root@server1 ~]# docker exec -it d915d8464584 /bin/bash
[root@d915d8464584 /]# top

[root@server1 ~]# docker run -itd --name cpu1024 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 10  
[root@server1 ~]# docker exec -it 75af41079bdd /bin/bash
[root@75af41079bdd /]# top

可以发现两个容器cpu使用率是2:1

三、CPU周期限制

Docker提供了–cpu-period、–cpu-quota两个参数控制容器可以分配到的CPU时钟周期。

• –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。
• –cpu-quota是用来指定在这个周期内，最多可以有多少时间来跑这个容器。
• 与–cpu-shares不同的是，这种配置是指定一个绝对值，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，默认值为0.1秒（100000μs）
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。
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）。
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即0.2秒

[root@server1 ~]# docker run -itd --cpu-period 100000 --cpu-quota 200000 centos:stress 
fc40fe4a887829ea1c4c3de476ca550004d408aec0c1d8212f79713869543c55
[root@server1 ~]# docker ps -a[root@server1 ~]# docker exec -it fc40fe4a8878 /bin/bash
[root@fc40fe4a8878 /]# cd /sys/fs/cgroup/cpu
[root@fc40fe4a8878 cpu]# ls
cgroup.clone_children  cpu.cfs_period_us  cpu.rt_runtime_us  cpuacct.stat          notify_on_release
cgroup.event_control   cpu.cfs_quota_us   cpu.shares         cpuacct.usage         tasks
cgroup.procs           cpu.rt_period_us   cpu.stat           cpuacct.usage_percpu
[root@fc40fe4a8878 cpu]# cat cpu.cfs_period_us 
100000
[root@fc40fe4a8878 cpu]# cat cpu.cfs_quota_us  
200000

四、CPU Core控制

对多核CPU的服务器，Docker还可以控制容器运行使用哪些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。

[root@server1 ~]# docker run -tid --name cpu1 --cpuset-cpus 0-1 centos:stress

执行以上命令表示创建的容器只能用0、1两个cpu。最终生成的cgroup的cpu内核配置如下：

[root@server1 ~]# docker exec -it eefe294955f8 bash
[root@eefe294955f8 /]# cat /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.cpus 
0-1
[root@eefe294955f8 /]# stress -c 5 &   #让容器产生5个子函数进程，并在后台运行
[root@eefe294955f8 /]# top    #使用top命令查看cpu工作情况（top进去后按1，显示每个cpu的工作情况）

通过下面指令可以看到容器中进程与cpu内核的绑定关系

[root@server1 ~]# docker exec eefe294955f8 taskset -c -p 1 表示容器中第一个进程pid为1被绑定到cpu1和2上
pid 1's current affinity list: 0,1

五、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。

#创建容器cpu10，仅使用cpu1核心，加权值为512

[root@server1 ~]# docker run -itd --name cpu10 --cpuset-cpus 1 --cpu-shares 512 centos:stress stress -c 1
f885714260cb56310b521d77f3f69db906ea582d28c843297f5d31be59b149d4
[root@server1 ~]# docker exec -it f885714260cb bash
[root@f885714260cb /]# top

创建容器cpu12，仅使用cpu1核心，加权值为1024

[root@server1 ~]# docker run -itd --name cpu12 --cpuset-cpus 1 --cpu-shares 1024 centos:stress stress -c 1

对比cpu使用占比

六、内存限额

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，例如100M、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

[root@server1 ~]# docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 280M
--vm 1：启动1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会自动为容器在目录/sys/fs/cgroup/memory/docker/<容器的完整长id>中创建相应cgroup配置文件
注意：如果让工作线程分配的内存超过300M，分配的内存超过限额，stress线程报错，容器退出。

[root@server1 ~]# docker run -it -m 200M --memory-swap=300M progrium/stress --vm 1 --vm-bytes 310M

七、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io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。

示例：限制容器写/dev/sda的速率为5MB/s。

[root@server1 ~]# docker run -it --device-write-bps /dev/sda:5MB centos:stress
[root@b4bb0fbc1c44 /]# dd if=/dev/zero of=test bs=1M count=1024 oflag=direct
^C28+0 records in
28+0 records out
29360128 bytes (29 MB) copied, 5.60286 s, 5.2 MB/s

通过dd命令测试在容器中写磁盘的速度是否为5MB/s。因为容器的文件系统是在主机/dev/sda上的，在容器中写文件相当于对主机/dev/sda进行写操作。另外，oflag=direct指定用direct IO方式写文件，这样 --device-write-bps才能生效。
结果表明限速5MB/s左右。作为对比测试，如果不限速，结果如下：

[root@server1 ~]# docker run -it centos:stress
[root@34a3a0f91892 /]# 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, 0.830403 s, 1.3 GB/s

八、Block IO 的限制

默认情况下，所有容器能平等地读写磁盘，可以通过设置–blkio-weight 参数来改变 容器 block IO 的优先级。
–blkio-weight 与 --cpu-shares 类似，设置的是相对权重值，默认为 500。
在下面 的例子中，容器 A 读写磁盘的带宽是容器 B 的两倍。

[root@server1 ~]# docker run -it --name nameA --blkio-weight 800 centos:stress 
[root@97a7d9a7893c /]# cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight
800

[root@server1 ~]# docker run -it --name nameB --blkio-weight 300 centos:stress 
[root@ffab8c022b42 /]# cat /sys/fs/cgroup/blkio/blkio.weight
300