Docker 资源限制之 CPU

一、压测工具

同上文 Docker 资源限制之内存 使用 stress 测试。

二、CPU 测试

➜  ~ docker help run | grep cpu
  --cpu-shares                    CPU shares (relative weight)
  --cpu-period                    Limit CPU CFS (Completely Fair Scheduler) period
  --cpu-quota                     Limit CPU CFS (Completely Fair Scheduler) quota
  --cpuset-cpus                   CPUs in which to allow execution (0-3, 0,1)
  --cpuset-mems                   MEMs in which to allow execution (0-3, 0,1)

2.1 CPU share constraint: -c or --cpu-shares

默认所有的容器对于 CPU 的利用占比都是一样的,-c 或者 --cpu-shares 可以设置 CPU 利用率权重,默认为 1024,可以设置权重为 2 或者更高(单个 CPU 为 1024,两个为 2048,以此类推)。如果设置选项为 0,则系统会忽略该选项并且使用默认值 1024。通过以上设置,只会在 CPU 密集(繁忙)型运行进程时体现出来。当一个 container 空闲时,其它容器都是可以占用 CPU 的。cpu-shares 值为一个相对值,实际 CPU 利用率则取决于系统上运行容器的数量。

假如一个 1core 的主机运行 3 个 container,其中一个 cpu-shares 设置为 1024,而其它 cpu-shares 被设置成 512。当 3 个容器中的进程尝试使用 100% CPU 的时候「尝试使用 100% CPU 很重要,此时才可以体现设置值」,则设置 1024 的容器会占用 50% 的 CPU 时间。如果又添加一个 cpu-shares 为 1024 的 container,那么两个设置为 1024 的容器 CPU 利用占比为 33%,而另外两个则为 16.5%。简单的算法就是,所有设置的值相加,每个容器的占比就是 CPU 的利用率,如果只有一个容器,那么此时它无论设置 512 或者 1024,CPU 利用率都将是 100%。当然,如果主机是 3core,运行 3 个容器,两个 cpu-shares 设置为 512,一个设置为 1024,则此时每个 container 都能占用其中一个 CPU 为 100%。

测试主机「4core」当只有 1 个 container 时,可以使用任意的 CPU:

➜  ~ docker run -it --rm --cpu-shares 512 ubuntu-stress:latest /bin/bash
root@4eb961147ba6:/# stress -c 4
stress: info: [17] dispatching hogs: 4 cpu, 0 io, 0 vm, 0 hdd
➜  ~ docker stats 4eb961147ba6
CONTAINER           CPU %               MEM USAGE / LIMIT     MEM %               NET I/O             BLOCK I/O
4eb961147ba6        398.05%             741.4 kB / 8.297 GB   0.01%               4.88 kB / 648 B     0 B / 0 B

测试两个 container,一个设置为 3072,一个设置 1024,CPU 占用如下:

cpu test

2.2 CPU period constraint: --cpu-period & --cpu-quota

默认的 CPU CFS「Completely Fair Scheduler」period 是 100ms。我们可以通过 --cpu-period 值限制容器的 CPU 使用。一般 --cpu-period 配合 --cpu-quota 一起使用。

设置 cpu-period 为 100ms,cpu-quota 为 200ms,表示最多可以使用 2 个 cpu,如下测试:

➜  ~ docker run -it --rm --cpu-period=100000 --cpu-quota=200000 ubuntu-stress:latest /bin/bash
root@6b89f2bda5cd:/# stress -c 4    # stress 测试使用 4 个 cpu
stress: info: [17] dispatching hogs: 4 cpu, 0 io, 0 vm, 0 hdd
➜  ~ docker stats 6b89f2bda5cd      # stats 显示当前容器 CPU 使用率不超过 200%
CONTAINER           CPU %               MEM USAGE / LIMIT     MEM %               NET I/O             BLOCK I/O
6b89f2bda5cd        200.68%             745.5 kB / 8.297 GB   0.01%               4.771 kB / 648 B    0 B / 0 B

通过以上测试可以得知,--cpu-period 结合 --cpu-quota 配置是固定的,无论 CPU 是闲还是繁忙,如上配置,容器最多只能使用 2 个 CPU 到 100%。

2.3 Cpuset constraint: --cpuset-cpus--cpuset-mems

--cpuset-cpus

通过 --cpuset-cpus 可以绑定指定容器使用指定 CPU:

设置测试容器只能使用 cpu1 和 cpu3,即最多使用 2 个 固定的 CPU 上:

➜  ~ docker run -it --rm --cpuset-cpus="1,3" ubuntu-stress:latest /bin/bash
root@9f1fc0e11b6f:/# stress -c 4
stress: info: [17] dispatching hogs: 4 cpu, 0 io, 0 vm, 0 hdd
➜  ~ docker stats 9f1fc0e11b6f
CONTAINER           CPU %               MEM USAGE / LIMIT     MEM %               NET I/O             BLOCK I/O
9f1fc0e11b6f        199.16%             856.1 kB / 8.297 GB   0.01%               4.664 kB / 648 B    0 B / 0 B
➜  ~ top    # 宿主机 CPU 使用情况
top - 12:43:55 up  3:18,  3 users,  load average: 3.20, 2.54, 1.82
Tasks: 211 total,   3 running, 207 sleeping,   1 stopped,   0 zombie
%Cpu0  :  0.7 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu1  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu2  :  0.7 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu3  :100.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
... ...

以下表示容器可以利用 CPU1、CPU2 和 CPU3:

➜  ~ docker run -it --rm --cpuset-cpus="1-3" ubuntu-stress:latest /bin/bash

--cpuset-mems

--cpuset-mems 只应用于 NUMA 架构的 CPU 生效,关于这个选项这里不过多介绍。关于 NUMA 架构可以参考这篇文章 NUMA架构的CPU – 你真的用好了么?

三、源码解析

libcontainer 只是根据设定值写 cgroup 文件,这部分没有什么逻辑性的解释。

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Written by kumu on 27 March 2016