Docker 容器资源配额（尤其是 CPU 限制）

以下是对 Docker 容器资源配额（尤其是 CPU 限制） 的详细总结和解析：

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1. 什么是 Docker 资源配额？

Docker 提供了对容器资源（如 CPU、内存、磁盘等）的限制功能，以确保单个容器不会占用过多系统资源，从而影响其他容器或主机性能。Docker 通过 Control Groups（Cgroups） 来实现资源限制和分配。

• 资源限制类型：
  1. CPU 配额（CPU Shares 和 CPU 绑定）
  2. 内存限制
  3. 磁盘 I/O 限制

本文重点分析 CPU 配额和限制。

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2. CPU 配额的基本概念

Docker 提供两种方式来限制容器的 CPU 使用：

1. CPU Shares（权重）

   • 用于定义多个容器共享 CPU 时的相对权重。
   • 默认值为 1024，数值越大，容器获得的 CPU 时间片越多。
   • 仅在 CPU 资源争用时（多容器竞争一个 CPU）才会生效。

2. CPU 核心绑定（CPU Set）

   • 用于限制容器运行在哪些 CPU 核心上。
   • 通过指定具体的 CPU 核心（如 0,1）绑定容器。

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3. 使用 CPU Shares 限制 CPU 使用份额

CPU Shares 是一个相对权重值，决定容器在 CPU 时间片分配中的优先级，但不是绝对限制。

3.1 命令结构

docker run -it --cpu-shares <权重值> <镜像名> <命令>

3.2 示例：分配 CPU 权重

假设：

• 启动两个容器 A 和 B；
• 容器 A 的 CPU 权重为 1024；
• 容器 B 的 CPU 权重为 512；
• 当两者共用同一个 CPU 时，容器 A 将获得 2 倍于容器 B 的 CPU 时间片。

启动容器 A：

docker run -it --name container-A --cpu-shares 1024 centos

启动容器 B：

docker run -it --name container-B --cpu-shares 512 centos

• 验证 CPU 权重：
  进入任意容器，查看 /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.shares 文件：

  cat /sys/fs/cgroup/cpu/cpu.shares

  输出应为容器对应的权重值，例如 1024 或 512。

• 注意： 如果 CPU 资源充足，即使容器 B 的权重低，也可能独占 CPU。

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3.3 权重生效的条件

• 前提： 容器之间需要竞争同一个 CPU 资源时，权重才会生效。
• 规则：
  • 如果容器 A 权重为 1024，B 权重为 512，则 A 获得的 CPU 时间为 B 的 两倍。
  • 若 A 处于空闲状态，则 B 可以独占整个 CPU。

测试：

1. 启动两个容器 A 和 B，分别设置权重：

   • A：--cpu-shares 1024
   • B：--cpu-shares 512

2. 在两个容器内运行 CPU 密集型任务（例如计算密集型程序）。

3. 使用 top 或 htop 命令查看 CPU 使用率：

   docker exec -it container-A top
   docker exec -it container-B top

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4. 使用 CPU 核心绑定限制容器的 CPU 使用

除了权重，还可以通过 CPU 核心绑定 来限制容器只能使用指定的 CPU 核心。

4.1 命令结构

docker run -it --cpuset-cpus <核心编号> <镜像名> <命令>

• <核心编号>：指定容器运行在哪些核心上，例如 0,1 或 2-3。

4.2 示例：绑定 CPU 核心

假设主机有 4 个 CPU 核心（编号 0-3），将容器绑定到核心 0 和 1：

docker run -it --name container-C --cpuset-cpus 0,1 centos

• 验证核心绑定：
  查看 /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.cpus 文件：

  cat /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.cpus

  输出为 0,1，表示当前容器只能使用核心 0 和 1。

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5. 应用场景

5.1 CPU Shares 应用场景

• 多容器竞争单一 CPU：
  • 使用权重值来定义容器的优先级。
  • 高优先级的容器会优先获得 CPU 资源。

5.2 CPU 核心绑定应用场景

• 独占资源：

  • 为容器绑定独立的 CPU 核心，避免与其他容器竞争。

• 性能隔离：

  • 为关键容器绑定专用核心，确保性能。

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6. 注意事项

1. CPU Shares 的限制不是绝对的：

   • 容器的实际 CPU 使用量取决于当前主机上 CPU 的空闲状态和其他容器的权重。

2. CPU 核心绑定可能影响主机调度：

   • 绑定过多容器到相同的核心可能导致调度冲突，影响性能。

3. 多核环境下的性能优化：

   • 对于多核主机，推荐结合 --cpu-shares 和 --cpuset-cpus，根据实际需求分配资源。

4. 容器资源争用的监控：

   • 使用工具如 docker stats 或 htop 监控容器的 CPU 使用情况，及时调整配额。

5. 内核支持：

   • 确保主机的 Linux 内核版本支持 Cgroups。

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7. 总结

• CPU Shares：
  用于设置多个容器的 CPU 时间片权重，仅在资源争用时生效。

• CPU 核心绑定：
  强制容器运行在指定的 CPU 核心上，实现性能隔离或独占资源。

• 实践：

  • 根据业务需求灵活选择 CPU Shares 或 CPU 绑定；
  • 实时监控 CPU 使用，避免资源浪费或性能瓶颈。

通过合理分配 CPU 资源，可以显著提升容器的性能稳定性和资源利用率。