LXD 2.0 系列(四):資源控制
這是 LXD 2.0 系列介紹文章的第四篇。
因為 LXD 容器管理有很多命令,因此這篇文章會很長。 如果你想要快速地瀏覽這些相同的命令,你可以嘗試下我們的在線演示!
可用資源限制
LXD 提供了各種資源限制。其中一些與容器本身相關,如內存配額、CPU 限制和 I/O 優先級。而另外一些則與特定設備相關,如 I/O 帶寬或磁盤用量限制。
與所有 LXD 配置一樣,資源限制可以在容器運行時動態更改。某些可能無法啟用,例如,如果設置的內存值小于當前內存用量,但 LXD 將會試著設置并且報告失敗。
所有的限制也可以通過配置文件繼承,在這種情況下每個受影響的容器將受到該限制的約束。也就是說,如果在默認配置文件中設置 limits.memory=256MB,則使用默認配置文件(通常是全都使用)的每個容器的內存限制為 256MB。
我們不支持資源限制池,將其中的限制由一組容器共享,因為我們沒有什么好的方法通過現有的內核 API 實現這些功能。
磁盤
這或許是最需要和最明顯的需求。只需設置容器文件系統的大小限制,并對容器強制執行。
LXD 確實可以讓你這樣做!
不幸的是,這比它聽起來復雜得多。 Linux 沒有基于路徑的配額,而大多數文件系統只有基于用戶和組的配額,這對容器沒有什么用處。
如果你正在使用 ZFS 或 btrfs 存儲后端,這意味著現在 LXD 只能支持磁盤限制。也有可能為 LVM 實現此功能,但這取決于與它一起使用的文件系統,并且如果結合實時更新那會變得棘手起來,因為并不是所有的文件系統都允許在線增長,而幾乎沒有一個允許在線收縮。
CPU
當涉及到 CPU 的限制,我們支持 4 種不同的東西:
- 只給我 X 個 CPU 核心
在這種模式下,你讓 LXD 為你選擇一組核心,然后為更多的容器和 CPU 的上線/下線提供負載均衡。
容器只看到這個數量的 CPU 核心。
- 給我一組特定的 CPU 核心(例如,核心1、3 和 5)
類似于***種模式,但是不會做負載均衡,你會被限制在那些核心上,無論它們有多忙。
- 給我你擁有的 20% 處理能力
在這種模式下,你可以看到所有的 CPU,但調度程序將限制你使用 20% 的 CPU 時間,但這只有在負載狀態才會這樣!所以如果系統不忙,你的容器可以跑得很歡。而當其他的容器也開始使用 CPU 時,它會被限制用量。
- 每測量 200ms,給我 50ms(并且不超過)
此模式與上一個模式類似,你可以看到所有的 CPU,但這一次,無論系統可能是多么空閑,你只能使用你設置的極限時間下的盡可能多的 CPU 時間。在沒有過量使用的系統上,這可使你可以非常整齊地分割 CPU,并確保這些容器的持續性能。
另外還可以將前兩個中的一個與***兩個之一相結合,即請求一組 CPU,然后進一步限制這些 CPU 的 CPU 時間。
除此之外,我們還有一個通用的優先級調節方式,可以告訴調度器當你處于負載狀態時,兩個爭奪資源的容器誰會取得勝利。
內存
內存聽起來很簡單,就是給我多少 MB 的內存!
它絕對可以那么簡單。 我們支持這種限制以及基于百分比的請求,比如給我 10% 的主機內存!
另外我們在上層支持一些額外的東西。 例如,你可以選擇在每個容器上打開或者關閉 swap,如果打開,還可以設置優先級,以便你可以選擇哪些容器先將內存交換到磁盤!
內存限制默認是“hard”。 也就是說,當內存耗盡時,內核將會開始殺掉你的那些進程。
或者,你可以將強制策略設置為“soft”,在這種情況下,只要沒有別的進程的情況下,你將被允許使用盡可能多的內存。一旦別的進程想要這塊內存,你將無法分配任何內存,直到你低于你的限制或者主機內存再次有空余。
網絡 I/O
網絡 I/O 可能是我們看起來最簡單的限制,但是相信我,實現真的不簡單!
我們支持兩種限制。 ***個是對網絡接口的速率限制。你可以設置入口和出口的限制,或者只是設置“***”限制然后應用到出口和入口。這個只支持“橋接”和“p2p”類型接口。
第二種是全局網絡 I/O 優先級,僅當你的網絡接口趨于飽和的時候再使用。
塊 I/O
我把最古怪的放在***。對于用戶看起來它可能簡單,但有一些情況下,它的結果并不會和你的預期一樣。
我們在這里支持的基本上與我在網絡 I/O 中描述的相同。
你可以直接設置磁盤的讀寫 IO 的頻率和速率,并且有一個全局的塊 I/O 優先級,它會通知 I/O 調度程序更傾向哪個。
古怪的是如何設置以及在哪里應用這些限制。不幸的是,我們用于實現這些功能的底層使用的是完整的塊設備。這意味著我們不能為每個路徑設置每個分區的 I/O 限制。
這也意味著當使用可以支持多個塊設備映射到指定的路徑(帶或者不帶 RAID)的 ZFS 或 btrfs 時,我們并不知道這個路徑是哪個塊設備提供的。
這意味著,完全有可能,實際上確實有可能,容器使用的多個磁盤掛載點(綁定掛載或直接掛載)可能來自于同一個物理磁盤。
這就使限制變得很奇怪。為了使限制生效,LXD 具有猜測給定路徑所對應塊設備的邏輯,這其中包括詢問 ZFS 和 btrfs 工具,甚至可以在發現一個文件系統中循環掛載的文件時遞歸地找出它們。
這個邏輯雖然不***,但通常會找到一組應該應用限制的塊設備。LXD 接著記錄并移動到下一個路徑。當遍歷完所有的路徑,然后到了非常奇怪的部分。它會平均你為相應塊設備設置的限制,然后應用這些。
這意味著你將在容器中“平均”地獲得正確的速度,但這也意味著你不能對來自同一個物理磁盤的“/fast”和一個“/slow”目錄應用不同的速度限制。 LXD 允許你設置它,但***,它會給你這兩個值的平均值。
它怎么工作?
除了網絡限制是通過較舊但是良好的“tc”實現的,上述大多數限制是通過 Linux 內核的 cgroup API 來實現的。
LXD 在啟動時會檢測你在內核中啟用了哪些 cgroup,并且將只應用你的內核支持的限制。如果你缺少一些 cgroup,守護進程會輸出警告,接著你的 init 系統將會記錄這些。
在 Ubuntu 16.04 上,默認情況下除了內存交換審計外將會啟用所有限制,內存交換審計需要你通過swapaccount = 1這個內核引導參數來啟用。
應用這些限制
上述所有限制都能夠直接或者用某個配置文件應用于容器。容器范圍的限制可以使用:
- lxc config set CONTAINER KEY VALUE
或對于配置文件設置:
- lxc profile set PROFILE KEY VALUE
當指定特定設備時:
- lxc config device set CONTAINER DEVICE KEY VALUE
或對于配置文件設置:
- lxc profile device set PROFILE DEVICE KEY VALUE
有效配置鍵、設備類型和設備鍵的完整列表可以看這里。
CPU
要限制使用任意兩個 CPU 核心可以這么做:
- lxc config set my-container limits.cpu 2
要指定特定的 CPU 核心,比如說第二和第四個:
- lxc config set my-container limits.cpu 1,3
更加復雜的情況還可以設置范圍:
- lxc config set my-container limits.cpu 0-3,7-11
限制實時生效,你可以看下面的例子:
- stgraber@dakara:~$ lxc exec zerotier -- cat /proc/cpuinfo | grep ^proces
- processor : 0
- processor : 1
- processor : 2
- processor : 3
- stgraber@dakara:~$ lxc config set zerotier limits.cpu 2
- stgraber@dakara:~$ lxc exec zerotier -- cat /proc/cpuinfo | grep ^proces
- processor : 0
- processor : 1
注意,為了避免完全混淆用戶空間,lxcfs 會重排 /proc/cpuinfo 中的條目,以便沒有錯誤。
就像 LXD 中的一切,這些設置也可以應用在配置文件中:
- stgraber@dakara:~$ lxc exec snappy -- cat /proc/cpuinfo | grep ^proces
- processor : 0
- processor : 1
- processor : 2
- processor : 3
- stgraber@dakara:~$ lxc profile set default limits.cpu 3
- stgraber@dakara:~$ lxc exec snappy -- cat /proc/cpuinfo | grep ^proces
- processor : 0
- processor : 1
- processor : 2
要限制容器使用 10% 的 CPU 時間,要設置下 CPU allowance:
- lxc config set my-container limits.cpu.allowance 10%
或者給它一個固定的 CPU 時間切片:
- lxc config set my-container limits.cpu.allowance 25ms/200ms
***,要將容器的 CPU 優先級調到***:
- lxc config set my-container limits.cpu.priority 0
內存
要直接應用內存限制運行下面的命令:
- lxc config set my-container limits.memory 256MB
(支持的后綴是 KB、MB、GB、TB、PB、EB)
要關閉容器的內存交換(默認啟用):
- lxc config set my-container limits.memory.swap false
告訴內核首先交換指定容器的內存:
- lxc config set my-container limits.memory.swap.priority 0
如果你不想要強制的內存限制:
- lxc config set my-container limits.memory.enforce soft
磁盤和塊 I/O
不像 CPU 和內存,磁盤和 I/O 限制是直接作用在實際的設備上的,因此你需要編輯原始設備或者屏蔽某個具體的設備。
要設置磁盤限制(需要 btrfs 或者 ZFS):
- lxc config device set my-container root size 20GB
比如:
- stgraber@dakara:~$ lxc exec zerotier -- df -h /
- Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
- encrypted/lxd/containers/zerotier 179G 542M 178G 1% /
- stgraber@dakara:~$ lxc config device set zerotier root size 20GB
- stgraber@dakara:~$ lxc exec zerotier -- df -h /
- Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
- encrypted/lxd/containers/zerotier 20G 542M 20G 3% /
要限制速度,你可以:
- lxc config device set my-container root limits.read 30MB
- lxc config device set my-container root.limits.write 10MB
或者限制 IO 頻率:
- lxc config device set my-container root limits.read 20Iops
- lxc config device set my-container root limits.write 10Iops
***你在一個過量使用的繁忙系統上,你或許想要:
- lxc config set my-container limits.disk.priority 10
將那個容器的 I/O 優先級調到***。
網絡 I/O
只要機制可用,網絡 I/O 基本等同于塊 I/O。
比如:
- stgraber@dakara:~$ lxc exec zerotier -- wget http://speedtest.newark.linode.com/100MB-newark.bin -O /dev/null
- --2016-03-26 22:17:34-- http://speedtest.newark.linode.com/100MB-newark.bin
- Resolving speedtest.newark.linode.com (speedtest.newark.linode.com)... 50.116.57.237, 2600:3c03::4b
- Connecting to speedtest.newark.linode.com (speedtest.newark.linode.com)|50.116.57.237|:80... connected.
- HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
- Length: 104857600 (100M) [application/octet-stream]
- Saving to: '/dev/null'
- /dev/null 100%[===================>] 100.00M 58.7MB/s in 1.7s
- 2016-03-26 22:17:36 (58.7 MB/s) - '/dev/null' saved [104857600/104857600]
- stgraber@dakara:~$ lxc profile device set default eth0 limits.ingress 100Mbit
- stgraber@dakara:~$ lxc profile device set default eth0 limits.egress 100Mbit
- stgraber@dakara:~$ lxc exec zerotier -- wget http://speedtest.newark.linode.com/100MB-newark.bin -O /dev/null
- --2016-03-26 22:17:47-- http://speedtest.newark.linode.com/100MB-newark.bin
- Resolving speedtest.newark.linode.com (speedtest.newark.linode.com)... 50.116.57.237, 2600:3c03::4b
- Connecting to speedtest.newark.linode.com (speedtest.newark.linode.com)|50.116.57.237|:80... connected.
- HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
- Length: 104857600 (100M) [application/octet-stream]
- Saving to: '/dev/null'
- /dev/null 100%[===================>] 100.00M 11.4MB/s in 8.8s
- 2016-03-26 22:17:56 (11.4 MB/s) - '/dev/null' saved [104857600/104857600]
這就是如何將一個千兆網的連接速度限制到僅僅 100Mbit/s 的!
和塊 I/O 一樣,你可以設置一個總體的網絡優先級:
- lxc config set my-container limits.network.priority 5
獲取當前資源使用率
LXD API 可以導出目前容器資源使用情況的一點信息,你可以得到:
- 內存:當前、峰值、目前內存交換和峰值內存交換
- 磁盤:當前磁盤使用率
- 網絡:每個接口傳輸的字節和包數。
另外如果你使用的是非常新的 LXD(在寫這篇文章時的 git 版本),你還可以在lxc info中得到這些信息:
- stgraber@dakara:~$ lxc info zerotier
- Name: zerotier
- Architecture: x86_64
- Created: 2016/02/20 20:01 UTC
- Status: Running
- Type: persistent
- Profiles: default
- Pid: 29258
- Ips:
- eth0: inet 172.17.0.101
- eth0: inet6 2607:f2c0:f00f:2700:216:3eff:feec:65a8
- eth0: inet6 fe80::216:3eff:feec:65a8
- lo: inet 127.0.0.1
- lo: inet6 ::1
- lxcbr0: inet 10.0.3.1
- lxcbr0: inet6 fe80::f0bd:55ff:feee:97a2
- zt0: inet 29.17.181.59
- zt0: inet6 fd80:56c2:e21c:0:199:9379:e711:b3e1
- zt0: inet6 fe80::79:e7ff:fe0d:5123
- Resources:
- Processes: 33
- Disk usage:
- root: 808.07MB
- Memory usage:
- Memory (current): 106.79MB
- Memory (peak): 195.51MB
- Swap (current): 124.00kB
- Swap (peak): 124.00kB
- Network usage:
- lxcbr0:
- Bytes received: 0 bytes
- Bytes sent: 570 bytes
- Packets received: 0
- Packets sent: 0
- zt0:
- Bytes received: 1.10MB
- Bytes sent: 806 bytes
- Packets received: 10957
- Packets sent: 10957
- eth0:
- Bytes received: 99.35MB
- Bytes sent: 5.88MB
- Packets received: 64481
- Packets sent: 64481
- lo:
- Bytes received: 9.57kB
- Bytes sent: 9.57kB
- Packets received: 81
- Packets sent: 81
- Snapshots:
- zerotier/blah (taken at 2016/03/08 23:55 UTC) (stateless)
總結
LXD 團隊花費了幾個月的時間來迭代我們使用的這些限制的語言。 它是為了在保持強大和功能明確的基礎上同時保持簡單。
實時地應用這些限制和通過配置文件繼承,使其成為一種非常強大的工具,可以在不影響正在運行的服務的情況下實時管理服務器上的負載。
更多信息
LXD 的主站在: https://linuxcontainers.org/lxd
LXD 的 GitHub 倉庫: https://github.com/lxc/lxd
LXD 的郵件列表: https://lists.linuxcontainers.org
LXD 的 IRC 頻道: #lxcontainers on irc.freenode.net
如果你不想在你的機器上安裝LXD,你可以在線嘗試下。