Docker 容器 CPU 核心绑定 (cpuset) 和 CPU 份额 (cpu-shares)

以下是对 Docker 容器 CPU 核心绑定 (cpuset) 和 CPU 份额 (cpu-shares) 结合使用的详细总结与实验解析：

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1. 什么是 cpuset 和 cpu-shares？

1. cpuset：

   • 用于限制容器运行在哪些 CPU 核心上。
   • 通过 --cpuset-cpus 参数指定 CPU 核心编号，例如 0,1 表示绑定到 CPU 0 和 CPU 1。
   • 适用于 NUMA 拓扑结构的多核服务器，确保高性能容器运行在指定核心上，避免资源争抢。

2. cpu-shares：

   • 用于设置容器使用 CPU 的时间片权重，决定容器在资源竞争时的优先级。
   • 默认值为 1024，值越高，容器获得 CPU 时间片的比例越大。

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2. cpuset 和 cpu-shares 的主要区别

参数	功能	适用场景
cpuset	限定容器运行在指定的 CPU 核心上	性能隔离、高性能计算
cpu-shares	设置容器 CPU 时间片的权重，优先级分配	多容器竞争同一 CPU 资源时，分配优先级

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3. 混合使用 cpuset 和 cpu-shares 的场景

通过混合使用 --cpuset-cpus 和 --cpu-shares，可以在特定 CPU 核心上对容器进行资源竞争控制。

• 场景：

  • 两个容器运行在同一 CPU 核心上，设置不同的 CPU 时间片权重。
  • CPU 使用率会根据权重比例进行分配。

• 预期结果：

  • 容器的 CPU 使用率按权重比例分配。例如，容器 A 的权重是 512，容器 B 的权重是 1024，则 B 的 CPU 使用率是 A 的两倍。

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4. 实验：验证 cpuset 和 cpu-shares 的效果

4.1 环境准备

1. 确保主机是多核 CPU（至少 2 核）。

   • 使用 top 查看 CPU 核心：

     top
     

     按 1 键展开 CPU 核心信息，比如 CPU 0、CPU 1。

2. 安装压测工具 stress：

   • 安装 EPEL 源：

     yum install -y epel-release
     

   • 安装 stress：

     yum install -y stress
     

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4.2 创建 Docker 容器

4.2.1 启动容器 docker10

• 将容器绑定到 CPU 0 和 CPU 1，设置 CPU 份额为 512：

  docker run -itd --name docker10 --cpuset-cpus="0,1" --cpu-shares=512 ubuntu
  

4.2.2 启动容器 docker20

• 同样绑定到 CPU 0 和 CPU 1，设置 CPU 份额为 1024（是 docker10 的 2 倍）：

  docker run -itd --name docker20 --cpuset-cpus="0,1" --cpu-shares=1024 ubuntu
  

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4.3 压测实验

4.3.1 在容器 docker10 中运行压力测试

1. 进入 docker10 容器：

   docker exec -it docker10 bash
   

2. 安装压测工具 stress：

   Ubuntu中安装此类工具命令如下：
   apt install -y stress-ng
   或者
   apt install -y stress
   

3. 使用 stress 工具运行 CPU 压测：

   stress -c 2 --timeout 600
   

   • -c 2：产生两个 CPU 进程。
   • --timeout 600：压测持续 600 秒。

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4.3.2 在容器 docker20 中运行压力测试

1. 进入 docker20 容器：

   docker exec -it docker20 bash
   

2. 安装压测工具 stress：

   Ubuntu中安装此类工具命令如下：
   apt install -y stress-ng
   或者
   apt install -y stress
   

3. 使用 stress 工具运行 CPU 压测：

   stress -c 2 --timeout 600
   

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4.4 观察 CPU 使用率

1. 在宿主机上运行 top 命令，并按 1 键展开 CPU 核心信息。

   top
   

2. 观察 CPU 0 和 CPU 1 的使用情况：

   • 容器 docker10 和 docker20 应争抢 CPU 0 和 CPU 1 的资源。
   • 根据 cpu-shares 设置，docker20 的 CPU 使用率应是 docker10 的两倍。

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4.5 验证结果

1. CPU 使用情况：

   • 在 top 输出中，docker10 和 docker20 的进程会显示在 CPU 0 和 CPU 1 上。
   • docker10 的 CPU 使用率约为 20%。
   • docker20 的 CPU 使用率约为 40%。

2. 结论：

   • 由于 docker20 的 --cpu-shares=1024 是 docker10 的 2 倍，因此分配的 CPU 时间片比例是 2:1。

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5. 注意事项

1. 虚拟机实验环境要求：

   • 实验需要至少 2 核 CPU。如果虚拟机 CPU 核心不足，压测可能导致系统卡顿或崩溃。

2. cpuset 不会超出分配的 CPU 核心：

   • 即使 CPU 0 和 CPU 1 被占满，容器也不会使用其他核心，限制效果完全生效。

3. 资源分配的动态性：

   • 如果 docker10 或 docker20 中的任务为空闲，其余的 CPU 时间片可以被其他容器利用。

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6. 总结

1. cpuset：

   • 用于绑定容器到特定的 CPU 核心，实现性能隔离。

2. cpu-shares：

   • 设置容器 CPU 使用的权重，控制多容器竞争时的优先级。

3. 实验结果：

   • 容器的 CPU 使用率按权重比例分配，验证了 cpuset 和 cpu-shares 的结合使用效果。

4. 实践建议：

   • 在高性能计算场景下，可使用 cpuset 限定容器运行在指定核心上，确保关键任务性能。
   • 在资源有限的环境中，使用 cpu-shares 提高资源分配的灵活性。

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