Docker CPU 제한 분석

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풀어 주다: 2019-07-02 16:49:03
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Docker CPU 제한 분석

이 문서에서는 CPU 리소스 사용을 제한하는 Docker 컨테이너의 여러 구성 매개변수를 테스트합니다. 리소스 점유율은 각각 top 및 dstat 명령을 사용하여 분석되었습니다.

package main
import (
    "flag"
    "runtime"
    "fmt"
)
func main() {
    cpunum := flag.Int("cpunum", 0, "cpunum")
    flag.Parse()
    fmt.Println("cpunum:", *cpunum)
    runtime.GOMAXPROCS(*cpunum)
    for i := 0; i < *cpunum - 1; i++ {
        go func() {
            for {
            }
        }()
    }
    for {
    }
}
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CPU 사용량을 테스트하기 위해 이미지를 만들었습니다. 이미지는 기본적으로 1개의 코어를 차지합니다.

FROM busybox
COPY ./full_cpu  /full_cpu
RUN chmod +x /full_cpu
ENTRYPOINT ["/full_cpu", "-cpunum"]
CMD ["1"]
docker build -t fangfenghua/cpuuseset .
docker push fangfenghua/cpuuseset
docker info
...
Default Runtime: runc
Security Options: seccomp
Kernel Version: 3.10.0-229.el7.x86_64
Operating System: CentOS Linux 7 (Core)
OSType: linux
Architecture: x86_64
CPUs: 4
Total Memory: 993.3 MiB
Name: localhost.localdomain
ID: TU6M:E6WM:PZDN:ULJX:EWKS:  
    ...
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docker run -it --rm=true  fangfenghua/cpuuseset 
[root@localhost src]# top
top - 07:23:52 up  1:23,  2 users,  load average: 0.61, 1.12, 1.04
Tasks: 154 total,   3 running, 145 sleeping,   6 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 18.0 us,  0.1 sy,  0.0 ni, 81.8 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.1 si,  0.0 st
KiB Mem :  1017144 total,   422120 free,   171676 used,   423348 buff/cache
KiB Swap:  1040380 total,  1040284 free,       96 used.   688188 avail Mem 
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                  
20196 root      20   0    3048    720    460 R 101.7  0.1   0:37.56 full_cpu                                                                                 
    1 root      20   0   41536   4028   2380 S   0.0  0.4   0:02.60 systemd                                                                                  
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.04 kthreadd                                                                                 
    3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.48 ksoftirqd/0                                                                              
    5 root       0 -20       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:0H                                                                             
    7 root      rt   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.69 migration/0   
docker run -it --rm=true  fangfenghua/cpuuseset 4
top - 07:27:17 up  1:27,  2 users,  load average: 2.41, 1.47, 1.18
Tasks: 159 total,   3 running, 145 sleeping,  11 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 99.6 us,  0.2 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.3 si,  0.0 st
KiB Mem :  1017144 total,   402508 free,   190908 used,   423728 buff/cache
KiB Swap:  1040380 total,  1040284 free,       96 used.   668608 avail Mem 
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                  
20935 root      20   0    3048    720    452 R 400.0  0.1   0:55.80 full_cpu                                                                                 
    1 root      20   0   41620   4088   2380 S   0.0  0.4   0:02.88 systemd                                                                                  
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.04 kthreadd
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Linux 시스템에서 Docker 컨테이너의 리소스 사용량을 제한하는 데 사용할 수 있는 매개변수는 다음과 같습니다.

      --cpu-period int              Limit CPU CFS (Completely Fair Scheduler) period
      --cpu-quota int               Limit CPU CFS (Completely Fair Scheduler) quota
  -c, --cpu-shares int              CPU shares (relative weight)
      --cpuset-cpus string          CPUs in which to allow execution (0-3, 0,1)
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docker는 – CPU-기간, 두 개의 매개변수 -cpu-quota는 컨테이너가 할당될 수 있는 CPU 클럭 주기를 제어합니다. -cpu-기간은 컨테이너의 CPU 사용을 재할당해야 하는 기간을 지정하는 데 사용되며, -cpu-quota는 이 주기에서 컨테이너를 실행하는 데 사용할 수 있는 최대 시간을 지정하는 데 사용됩니다. –cpu-shares와 달리 이 구성은 절대값을 지정하며 이에 대한 유연성은 없습니다. 컨테이너의 CPU 리소스 사용은 구성된 값을 초과하지 않습니다.

CPU 기간과 CPU 할당량의 단위는 마이크로초(μs)입니다. CPU-주기의 최소값은 1000마이크로초, 최대값은 1초(10^6μs), 기본값은 0.1초(100000μs)입니다. CPU-quota 값의 기본값은 -1이며 이는 제어가 없음을 의미합니다.

예를 들어 컨테이너 프로세스가 1초마다 0.2초 동안 단일 CPU를 사용해야 하는 경우, CPU-기간을 1000000(즉, 1초)으로, CPU-quota를 200000(0.2초)으로 설정할 수 있습니다. 물론, 멀티 코어 상황에서 컨테이너 프로세스가 CPU 2개를 완전히 점유할 수 있도록 허용되면 CPU 기간을 100000(즉, 0.1초)으로, CPU 할당량을 200000(0.2초)으로 설정할 수 있습니다.

이 문서에서 생성된 컨테이너 이미지를 사용하여 CPU-기간 및 CPU-할당량 두 매개변수를 테스트하세요.

이 글에서 사용된 4코어 시스템에서 cpuusetest가 2개의 코어를 차지하도록 하려면 어떻게 구성해야 할까요? 위 분석에서 알 수 있듯이, CPU-주기를 100000으로 설정하고 4개의 코어를 점유할 것으로 예상한다면 CPU-quota를 4*100000으로 설정해야 하고, 1개의 코어를 점유할 것으로 예상한다면 그렇게 설정하면 됩니다. 2*100000으로. 지금 테스트해 보겠습니다.

docker run --name cpuuse -d --cpu-period=100000 --cpu-quota=200000 fangfenghua/cpuusetest 4
top - 07:46:31 up  1:46,  2 users,  load average: 0.16, 0.21, 0.51
Tasks: 168 total,   2 running, 142 sleeping,  24 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 47.8 us,  0.1 sy,  0.0 ni, 51.9 id,  0.1 wa,  0.0 hi,  0.1 si,  0.0 st
KiB Mem :  1017144 total,   364724 free,   227816 used,   424604 buff/cache
KiB Swap:  1040380 total,  1040284 free,       96 used.   631052 avail Mem 
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                  
21766 root      20   0    3048    724    464 R 193.3  0.1   1:00.37 full_cpu                                                                                 
    1 root      20   0   41620   4088   2380 S   0.0  0.4   0:03.13 systemd                                                                                  
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.05 kthreadd                                                                                 
    3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.52 ksoftir
top - 07:47:17 up  1:47,  2 users,  load average: 0.47, 0.26, 0.51
Tasks: 172 total,   3 running, 144 sleeping,  25 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 99.6 us,  0.1 sy,  0.0 ni,  0.3 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.1 si,  0.0 st
KiB Mem :  1017144 total,   358760 free,   233292 used,   425092 buff/cache
KiB Swap:  1040380 total,  1040284 free,       96 used.   625180 avail Mem 
docker run --name cpuuse -d --cpu-period=100000 --cpu-quota=400000 fangfenghua/cpuusetest 4
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                  
21976 root      20   0    3048    724    456 R 398.3  0.1   0:16.81 full_cpu                                                                                 
21297 root      20   0       0      0      0 S   0.3  0.0   0:00.08 kworker/0:2                                                                              
    1 root      20   0   41620   4088   2380 S   0.0  0.4   0:03.19 systemd                                                                                  
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.05 kthreadd
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위의 두 매개변수를 사용하여 CPU의 정확한 제어를 설정하세요. 상대값인 CPU-share 매개변수도 있습니다. 컨테이너 A의 CPU 공유를 1536으로 설정하고 컨테이너 B의 CPU 공유를 512로 설정했다고 가정합니다. 그렇다면 컨테이너 B가 시작되기 전 CPU 사용량은 얼마나 될까요?

top - 07:56:10 up  1:56,  2 users,  load average: 0.75, 0.36, 0.50
Tasks: 153 total,   3 running, 140 sleeping,  10 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 99.7 us,  0.1 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.3 si,  0.0 st
KiB Mem :  1017144 total,   436300 free,   155616 used,   425228 buff/cache
KiB Swap:  1040380 total,  1040284 free,       96 used.   703544 avail Mem 
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                  
22216 root      20   0    3048    720    456 R 399.3  0.1   0:55.03 full_cpu                                                                                 
    1 root      20   0   41620   4088   2380 S   0.0  0.4   0:03.29 systemd                                                                                  
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.05 kthreadd                                                                                 
    3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.54 ksoftirqd/0
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컨테이너 B 시작:

top - 07:57:09 up  1:57,  2 users,  load average: 3.55, 1.16, 0.76
Tasks: 162 total,   4 running, 148 sleeping,  10 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 99.6 us,  0.2 sy,  0.0 ni,  0.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.3 si,  0.0 st
KiB Mem :  1017144 total,   428772 free,   158304 used,   430068 buff/cache
KiB Swap:  1040380 total,  1040284 free,       96 used.   700444 avail Mem 
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                  
22216 root      20   0    3048    720    456 R 305.7  0.1   4:40.78 full_cpu                                                                                 
22336 root      20   0    3048    720    460 R  95.3  0.1   0:09.02 full_cpu                                                                                 
    1 root      20   0   41620   4088   2380 S   0.0  0.4   0:03.31 systemd
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위의 테스트 결과를 보면 어렵지 않게 알 수 있습니다. 상대 값을 설정할 때 컨테이너 B가 시작되기 전에는 컨테이너 A가 여전히 전체 CPU를 차지하지만 컨테이너 B가 시작된 후에는 컨테이너가 3/4을 차지하고 컨테이너 B가 1/4을 차지합니다.

컨테이너에서 사용하는 코어를 지정하는 매개변수 cpu-sets도 있습니다. 위의 테스트 컨테이너를 사용하여 테스트하고 0,3 코어를 사용하도록 컨테이너를 지정합니다.

docker run --name cpuuse -d --cpuset-cpus=0,3  fangfenghua/cpuusetest 4
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0,3 코어 점유:

[root@localhost src]# dstat -c -C 0,3
-------cpu0-usage--------------cpu3-usage------
usr sys idl wai hiq siq:usr sys idl wai hiq siq
 25   9  66   0   0   0: 12   1  87   0   0   0
100   0   0   0   0   0:100   0   0   0   0   0
 99   0   0   0   0   1:100   0   0   0   0   0
 99   1   0   0   0   0: 99   1   0   0   0   0
100   0   0   0   0   0:100   0   0   0   0   0
100   0   0   0   0   0:100   0   0   0   0   0
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1,2 코어 점유:

[root@localhost src]# dstat -c -C 1,2
-------cpu1-usage--------------cpu2-usage------
usr sys idl wai hiq siq:usr sys idl wai hiq siq
 21   8  71   0   0   0: 10   1  89   0   0   0
  0   0 100   0   0   0:  0   0 100   0   0   0
  0   0 100   0   0   0:  0   0 100   0   0   0
  0   0 100   0   0   0:  0   0 100   0   0   0
  0   0 100   0   0   0:  0   0 100   0   0   0
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