cgroup?blkio子系統(tǒng)對(duì)容器的讀寫限速詳解

更新時(shí)間：2023年08月20日 11:27:06 作者：a朋

這篇文章主要為大家介紹了cgroup?blkio子系統(tǒng)對(duì)容器的讀寫限速詳解,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

正文

如果多個(gè)容器同時(shí)read/write節(jié)點(diǎn)上的一塊磁盤，如何對(duì)每個(gè)容器的read/write操作限速，以防止其相互干擾、相互競(jìng)爭(zhēng)。

cgroup v1的blkio子系統(tǒng)，可以限制磁盤的I/O。

一. 磁盤讀寫的指標(biāo)

衡量磁盤讀寫的常見指標(biāo)：

IOPS(Input/Output Operations per Second): 每秒讀寫磁盤的次數(shù)；
Throughput(吞吐量): 每秒讀寫磁盤的數(shù)據(jù)量，也稱為帶寬(BandWidth);

Throughput = 數(shù)據(jù)塊大小 * IOPS

在IOPS固定的情況下，讀寫的數(shù)據(jù)塊越大，吞吐量也越大。

二. cgroup v1的blkio子系統(tǒng)

blkio cgroup的虛擬文件系統(tǒng)掛載點(diǎn)/sys/fs/cgroup/blkio/，包含以下參數(shù)：

blkio.throttle.read_iops_device：讀IOPS限制；
blkio.throttle.read_bps_device：讀吞吐量限制；
blkio.throttle.write_iops.device：寫IOPS限制；
blkio.throttle.write_bps_device：寫吞吐量限制；

比如，限制容器對(duì)磁盤/dev/vdb的寫吞吐量 <= 10MB/s:

## 1.首先拿到/dev/vdb的主次設(shè)備號(hào)
# 其中 252:16是/dev/vdb的主次設(shè)備號(hào)
# ls -l /dev/vdb -l
brw-rw---- 1 root disk 252, 16 Nov  2 08:02 /dev/vdb

## 2.然后寫cgroup
echo "252:16 10485760" &gt; $CGROUP_CONTAINER_PATH/blkio.throttle.write_bps_device

可以使用fio工具，在容器中進(jìn)行驗(yàn)證：

docker exec fio_test1 fio -direct=1 -rw=write -ioengine=libaio -bs=4k -size=100MB -numjobs=1 -name=/tmp/fio_test1.log

值得注意的是：

Cgroupv1 blkio只能對(duì)Direct I/O進(jìn)行限速，不能對(duì)Buffered I/O進(jìn)行限制。

三. Direct I/O 與 Buffered I/O

Direct I/O和Buffered I/O發(fā)生在用戶寫磁盤文件時(shí)。

Direct I/O:
- 通過Linux內(nèi)核的filesystem --> block layer --> disk driver --> disk hardware；
Buffered I/O:
- 用戶進(jìn)程將數(shù)據(jù)寫入Page cache后就返回了；
- Linux內(nèi)核線程把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)flush到磁盤；

在Linux中，基于性能考慮，絕大多數(shù)的應(yīng)用都使用Buffered I/O模式。

四. 為什么cgroup v1 blkio不能限制Buffered I/O

對(duì)下圖中的進(jìn)程 pid_y 的cgroup進(jìn)行限制，它分別屬于memory cgroup 和 blkio cgroup：

在blkio cgroup對(duì) pid_y 做磁盤I/O限制的時(shí)候，blkio不會(huì)關(guān)心：

pid_y 用了哪些內(nèi)存，哪些屬于Page cache，何時(shí)flush到磁盤；
pid_y 中的Page cache被flush到磁盤時(shí)，由于是內(nèi)核線程執(zhí)行flush，產(chǎn)生的磁盤I/O不被計(jì)算到進(jìn)程 pid_y上；

也就是說(shuō)：

cgroup v1 blkio獨(dú)立與memory子系統(tǒng)，它無(wú)法統(tǒng)計(jì)由Page cache刷入磁盤的I/O;

即 cgroup v1 blkio不能對(duì)Buffered I/O進(jìn)行限速；

五. cgroup v2解決這一問題

cgroup v2解決了不能對(duì)Buffered I/O進(jìn)行限速的問題。

在cgroup v2中：

一個(gè)進(jìn)程屬于一個(gè)控制組；
每個(gè)控制組可以定義多個(gè)子系統(tǒng)；

上圖中，pid_y 屬于控制組group2，而group2同時(shí)配置了io和memory子系統(tǒng)；
在此情況下，cgroup對(duì) pid_y 的磁盤讀寫進(jìn)行限速的時(shí)候，就可以知道 pid_y 寫入Page Cache的數(shù)據(jù)量，這樣Buffered I/O的磁盤限速就實(shí)現(xiàn)了。

也就是說(shuō)，在cgroup v2中：

內(nèi)核將Page cache flush到磁盤產(chǎn)生的I/O也會(huì)被計(jì)算到進(jìn)程的I/O中；

對(duì)磁盤限速時(shí)，可以同時(shí)限制Directed I/O和Buffered I/O；

值得注意的是，目前runC、containerd和kubernetes剛開始支持cgroup v2，生產(chǎn)環(huán)境上cgroup v1遷移到cgroup v2還需要一個(gè)過程。

參考 blkio的文檔

https://www.kernel.org/doc/Documentation/cgroup-v1/blkio-controller.txt

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