Docker之NameSpace与Cgroup

Posted 2021-03-26

Docker容器技术是一个与传统的虚拟化技术有些本质上的差别，传统的虚拟化技术，是站硬件物理资源的基础上，虚拟出多个OS，然后在OS的基础上构建相对独立的程序运行环境，而Docker则是在OS的基础上进行虚拟，所以，Docker轻量很多，因此其资源占用、性能消耗相比传统虚拟化都有很大的优势。

docker容器很快，启动和停止可以在秒级实现，比传统的虚拟化技术要快很多，docker核心解决的问题是利用容器来实现类似VM的功能，从而节省更多的硬件资源，docker容器除了运行其中的应用之外，基本不消耗额外的系统资源，从而在保证性能的同时，减小系统开销，同时，它还可以达到“一次封装，到处运行”的目的。

Docker和传统虚拟化的区别如下：

docker和传统虚拟化的架构上的区别如下：

二、NameSpace和Cgroup的概念与作用

Docker中有三个核心概念，分别是镜像、容器、仓库。而镜像的概念主要就是把运行环境和业务代码进行镜像打包，每个镜像都会存在多个“层”，镜像层都是只读的，不能往里写数据，如果想要写，就需要在其基础之上启动成一个容器， 在容器层，我们是可写的。

在镜像的多个“层”中，有一个busybox的概念，我将它理解为欺骗层。

虚拟化的技术就是来解决宿主机与虚拟机之间的耦合问题（简称“解耦”），传统虚拟化是属于完全解耦的，而docker是属于半解耦的。关于“耦合、解耦”的概念可以参考文档：什么是耦合、解耦？

1、NameSpace

那么，Docker技术是如何解耦的呢？这就引入了NameSpace的概念，其目的是将某个特定的全局系统资源通过抽象的方法使得NameSpace中的进程看起来拥有他们自己的隔离的全局系统资源实例，Docker技术通过Linux内核实现了六种NameSpace，如下：

当Docker创建一个容器时，它会创建新的以上六种NameSpace的实例，然后把容器中的所有进程放到这些NameSpace之中，使得容器这个父进程只对自己的子进程有感知，而对于宿主机其他进程一无所知，从而产生一种它就是一个独立的系统的“错觉”。

3、Cgroup

Cgroup作用：控制程序对资源的占用。

Cgroup的具体作用如下：

• 限制资源的使用：Cgroup可以对进程组使用的资源总额进行限制；
• 优先级控制：通过分配CPU时间片数量及磁盘IO带宽大小，实际上就是相当于控制子进程运行的优先级。
• 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。
• 进程控制：恢复执行进程；

使用Cgroup，我们可以更具体地控制对系统资源的分配、优先顺序、拒绝、管理和监控。可更好地根据任务和用户分配硬件资源，提高总体的效率，这样可以在docker容器中的服务受到外部干扰时，可以将其限制在容器之中，而不会影响宿主机或其他容器的运行，提高了安全性。

那么，docker是如何来定义容器使用的资源呢？

（1）Cgroup的应用举例

1、基于centos镜像运行一个容器，要求CPU使用权重为512。

先来看看其不进行CPU限制时，它是什么样子的？

1）宿主机的CPU限制

[root@docker ~]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.shares #查看宿主机CPU的权重
1024

2）容器的CPU限制

[root@docker ~]# docker run -it centos     #运行一个容器
[root@d85aa3120fa9 /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.shares   #查看其CPU的权重
1024

可以看到，如果不进行修改CPU的权重，那么容器与宿主机对CPU的权重都是默认的1024，这样是很危险的，因为宿主机与容器对CPU的权重一样，因而导致，它们在对CPU资源出现抢占的情况下，其可使用的CPU资源是1:1，那么，如果在运行这个容器时，对其进行限制呢？若限制容器为512，宿主机还是1024，那么其CPU使用权重的比例就变成了2:1，下面对容器进行限制：

[root@docker ~]# docker run -it --name lvjianzhaoNO1 -c 512  centos
[root@52fb7153da00 /]# cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.shares 
512         #其值变成了512

2、基于centos镜像运行一个容器，要求MEM为200M,MEM-SWAP为400M。

1）以下是宿主机内存、交换空间的限制

[root@docker ~]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes   #查看内存的限制
9223372036854771712
[root@docker ~]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.memsw.limit_in_bytes  #查看交换空间的限制
9223372036854771712

2）以下是容器中对内存、交换空间的限制

[root@e3c104327da8 /]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes   #内存的限制 9223372036854771712          #单位是“bytes”
[root@e3c104327da8 /]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.memsw.limit_in_bytes    #交换空间的限制
9223372036854771712         #单位是“bytes”

可以看到容器对内存和交换空间可以使用的量和宿主机是一样的，说明并没有进行限制，那么如何进行限制呢？

[root@docker ~]# docker run -it --name lvjianzhaoNO2 -m 200M --memory-swap 400M centos
#启动一个容器限制内存为300M，交换空间为400M
[root@a7db73830087 /]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes 
209715200        #查看确认，单位为bytes
[root@a7db73830087 /]# cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.memsw.limit_in_bytes 
419430400       #查看确认，单位为bytes

3、基于centos镜像运行一个容器，要求写入速度为40M。

默认运行一个容器，不进行限制：

[root@1eaec18f59b8 /]# time dd if=/dev/zero of=a.txt bs=1M count=200 oflag=direct
#上述命令可以测试写入速度
200+0 records in
200+0 records out
209715200 bytes (210 MB, 200 MiB) copied, 0.447879 s, 468 MB/s   #结果为每秒写入468MB。

real    0m1.376s
user    0m0.008s
sys 0m0.348s

可以看到，如果不对其进行限制，那么会使用宿主机最大的写速度，那么怎么限制呢？

如下：

[root@docker ~]# docker run -it --name lvjianzhaoNO3 --device-write-bps /dev/sda:40MB centos
[root@36d2d64eea32 /]# time dd if=/dev/zero of=a.txt bs=1M count=200 oflag=direct
200+0 records in
200+0 records out
209715200 bytes (210 MB, 200 MiB) copied, 5.64744 s, 37.1 MB/s   #写入速度被限制在了40MB左右

real    0m5.650s
user    0m0.002s
sys 0m0.352s

三、Docker的基础命令汇总

[root@localhost ~]# docker search dhcp     #以DHCP作为关键字进行搜索镜像
[root@localhost ~]# docker pull docker.io/networkboot/dhcpd           #下载查询出来的某个镜像
[root@localhost ~]# docker images      #查询下载的镜像
[root@localhost ~]# docker tag docker.io/networkboot/dhcpd dchp:dhcp    #改新名称及标签
[root@localhost ~]# docker rmi docker.io/networkboot/dhcpd    #删除镜像
[root@localhost ~]# docker save -o dhcptest dchp:dhcp      #导出为本地镜像
[root@localhost ~]# docker load --input dhcp     #导入镜像
#或者
[root@localhost ~]# docker load < dhcp     #导入镜像
[root@localhost ~]# docker push docker.io/ljztest/dhcp      #上传镜像
[root@localhost ~]# docker create -itd dchp:dhcp /bin/bash     #创建一个容器，并指定伪终端
#选项解释如下：
* -i：交互式
* -t：分配一个为终端
* -d：后台运行
[root@localhost ~]# docker ps -a                #查出容器的ID号
[root@localhost ~]# docker exec -it 2304f92a8158 /bin/bash     #进入一个容器
[root@localhost ~]# docker rm 2304f92a8158          #删除容器
[root@docker ~]# docker run -it --name containerB -c 512 centos
#创建一个名为containerB的容器，设置其CPU的权重为512
[root@docker ~]# docker run -it --name testA --device-write-bps /dev/sda:30MB centos
#限制磁盘的每秒可以写入的大小为30MB
#其中还可以有以下选项：
#--device-read-bps：设置读设备的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。

———————— 本文至此结束，感谢阅读 ————————