Docker底层技术Namespace & Cgroup应用

Posted 2020-12-01

Docker底层技术：

docker底层的2个核心技术分别是Namespaces和Control groups
Namespace：是容器虚拟化的核心技术，用来隔离各个容器，可解决容器之间的冲突。

主要通过以下六项隔离技术来实现：
有两个伪文件系统：/proc和/sys/

• UTS:允许每个container拥有独立的hostname（主机名）和domainname（域名）,使其在网络上可以被视作一个独立的节点而非Host上的一个进程。
• IPC：contaner中进程交互还是采用linux常见的进程间交互方法，包括常见的信号量，消息队列和共享内存。container的进程间交互实际上还是host上具有相同pid中的进程交互。
• PID：不同用户的进程就是通过pid namesapce隔离开的，且不同namespace中可以有相同pid。所有的LXC（linux containers）进程在docker中的父进程为docker进程，每个LXC进程具有不同的namespace。
• NET：不同用户的进程就是通过pidnamespace隔离开的，且不同namespace中可以有相同pid。所有的LXC进程在docker中的父进程为docker进程，每个lxc进程具有不同的namespace。
• MNT：文件系统的挂载点。
• USRE：每个container可以有不同的user和groupid，也就是说可以在container内部用container内部的用户执行程序而非Host上的用户。

只要解耦了这6项，其他系统资源即便有共用的情况，计算机也认为是在两个不同的系统中。

cgroup（控制程序对资源的占用）
实现cgroup是的主要目的是为不同用户层面的资源管理，提供一个统一化的接口。从单个进程的资源控制到操作系统层面的虚拟化。

cgroup的作用：
1） 资源的限制：cgroup可以对进程组使用的资源总额进行限制。
2） 优先级分配：通过分配的cpu时间片数量及磁盘IO带宽大小，实际上就是相当于控制了进程运行的优先级
3） 资源统计：Cgroup可以统计系统资源使用量。比如cpu使用时间，内存使用量等。
可用于按量计费。
4） 进程控制：可以对进程组执行挂起，恢复等操作。

cgroup的应用：

1）内存和交换分区的限制：
容器内包括两个部分：物理内存和swap

 在docker中可以通过参数控制容器内存的使用：
 -m或--memory：设置内存的使用限额
--memory-swap：设置swap（交换分区）的使用限额

//基于centos镜像，限制内存为200M，交换分区的内存为300M
[root@sqm-docker01 ~]# docker run -it -m 200M --memory-swap 300M centos

进入容器查看限制的内存：

[root@05a0be7b870a /]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes 
209715200     #显示的是字节

[root@05a0be7b870a /]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.memsw.limit_in_bytes 
314572800

2）容器对cpu限制：
通过-c或者--cpu-shares设置容器实验cpu的权重。如果不设置默认是1024.

//基于centos镜像，运行一个容器，名字为containerB，cpu权重限制为512：
[root@sqm-docker01 ~]# docker run -it --name containerB -c 512 centos
[root@b2cf9f28ce1d /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.shares 
512

3）限制容器的Block io（磁盘的读写）：

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

--device-read-bps：设置读取设备的bps
--device-write-bps：设置写入设备的bps

--device-read-iops：设置读取设备的iops
--device-write-iops：设置写入设备的iops

//创建一个容器名为testA，并限制该磁盘每秒写入的数量为为30MB。
[root@sqm-docker01 ~]# docker run -it --name testA --device-write-bps /dev/sda:30MB centos

写入数据进行测试：

参数解释：
infile=从/dev/zero中提取
outfile=自定义一个名称
bs=1M 文件大小为1M
count=800 总共写800次。
oflag=direct：用来指定directory IO方式写文件，这样才会使--device-write-bps生效。

可以发现每秒写入的数量为80M,大概用时26s。

正常写入磁盘时：

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