Docker容器的内核调优

在传统的虚拟机领域，通过调节一些系统参数来提供（高）系统性能是一种常规手段。例如，对于一个被频繁访问的服务器来说，可以通过设置 net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000（默认32768 61000），来允许系统开放更多的端口。

本文今天讨论的重点不放在对 Linux内核调优的讨论上来，以下链接中关于传统领域内核调优的讨论较为细致，感兴趣的读者可以学习一下：http://colobu.com/2014/09/18/linux-tcpip-tuning/ 。

本文主要通过对比 docker与 linux内核调优的不同，介绍下 docker容器的内核调优。

Docker内核调优与 Linux内核调优的不同

Docker允许在启动容器时指定 --sysctl参数来设置系统参数，通过这些参数来调整系统性能，下面重点说下其与 linux调整系统参数的不同之处。

总体来说，容器比 linux可调整项要少，容器的可调整参数需要满足3个条件：

1. 未被 docker限制

Docker通过一个 ValidateSysctl函数来限制 sysctl参数可以传入的项，源码如下：

// docker/opts/opts.go
func ValidateSysctl(val string) (string, error) {    validSysctlMap := map[string]bool{        "kernel.msgmax":          true,        "kernel.msgmnb":          true,        "kernel.msgmni":          true,       
 "kernel.sem":             true,       
 "kernel.shmall":          true,       
 "kernel.shmmax":          true,        "kernel.shmmni":          true,       "kernel.shm_rmid_forced": true,   
 }     
  validSysctlPrefixes := []string{ 
       "net.",
       "fs.mqueue.",   
 } 
...

也就是说，docker允许调整的只有上面列出的 kernel.xxx部分，以及以 net.和 fs.mqueue为前缀的部分，如果试图调整其他项，则会报 whitelist验证不通过错误：

root@hzwangxing01:~/tmp# docker run -it --sysctl kernel.acpi_video_flags=0 hub.c.163.com/public/debian:7.9 bash
invalid argument "kernel.acpi_video_flags=0" for --sysctl: sysctl'kernel.acpi_video_flags=0' is not whitelisted

2.容器中可以看见该配置项

并不是所有宿主机上可见的配置项，在容器中都是可见的，例如 net.core.rmem_max参数（定义内核用于所有类型的连接的最大接收缓冲大小）：

root@hzwangxing01:~/tmp# sysctl -a | grep rmem_max
net.core.rmem_max = 212992
root@hzwangxing01:~/tmp# docker run hub.c.163.com/public/debian:7.9 sysctl -a | grep rmem_max
root@hzwangxing01:~/tmp#

之所以在容器中不可见，与 docker无关，应该是 kernel namespace的 issue。

3. 该配置项可以 namespace化

配置项无法 namespace化，指的是该配置项是全局的，无法为每个 namespace生成独立的配置。

一般来说，宿主机和容器是一对多的关系，一个无法 namespace化的配置项，调整之后会影响所有其他容器以及宿主机本身，这是我们无法接受的。

典型的例子就是由于容器共享内核的特性，导致了大多数跟 kernal相关的参数项都无法 namespace化。例如：

root@hzwangxing01:~/tmp# sysctl -a | grep pid_max
kernel.pid_max =32768
root@hzwangxing01:~/tmp# docker run -d --privileged --name test hub.c.163.com/public/debian:7.9
a43e89ee85d36e250e0886331e9d6213094f31260eb9e1539b83f0e9cfc91848
root@hzwangxing01:~/tmp# docker exec test sysctl -w kernel.pid_max=86723    
kernel.pid_max = 86723
root@hzwangxing01:~/tmp# sysctl -a | grep pid_max
kernel.pid_max = 86723

从上面的例子可以看出，如果在容器中设置 kernel的 pid_max属性，相应的，宿主机的对应属性也会被修改。

对限制条件组合的详细说明

根据上面列举的三个 docker设置参数的条件，简单的画一个图再展开说明下：

5.jpg

上图是一个简单的韦氏图：

dvn：满足3个条件的属性集，可以通过 --sysctl传入参数设置并达到预期效果
dv（只满足 d和 v，也即 d&&v&&!n）：虽然别的条件满足，但无法被 namespace化的属性集，属于无法修复的，除非自己修改内核，打 patch（不推荐）
dn：在容器中不可见，无法通过 --sysctl设置，会报错相关文件找不到

root@hzwangxing01:~/tmp# docker run -d --sysctl net.core.rmem_max=1024 hub.c.163.com/public/debian:7.9e2353339b7c9ef52a573d92c0136a20ab7373fc7e06345575cf5efe4cf10256a
docker: Error response from daemon: invalid header field value "oci runtime error: container_linux.go:247: starting container process caused "process_linux.go:359: container init caused \"open /proc/sys/net/core/rmem_max: no such file or directory\""\n".

这类情况也是无法修复的。

vn：这一类是可以修复的，只需要去 docker源码中添加白名单项即可
d、v、n：鉴于无法同时满足“容器中可见”和“可 namespace化”两个条件，这三类也是不可修复的

补充说明

这里需要指出的一点是，可能有人会认为满足条件 d的是经过 docker验证的，同时支持 dvn的，很遗憾，并不是这样。

Docker明确限定的 kernel调节项以及 fs.mqueue前缀项确实是同时符合 dvn的，但是问题主要在于过于宽泛的 net前缀项，这里面就有一些表项不满足 vn，这里不再一一展开说明了。

Docker可配置项

由上面的论述可以得出一个结论，只有 dvn和 vn（需对 docker代码稍作调整）是可以配置的，所以，所有的可配置项包括 dvn+vn，也即 v&&n，其中：

v很容易获得，只需在一个运行中的容器使用 sysctl -a就可以看到所有可见配置项；
在 v的基础上，找出可以 namespace化的配置项，方法其实在上面的示例中已经使用过了，这里再强调下：以 privileged权限启动一个容器（确保有权限在容器中设置配置项），在容器中使用 sysctl -w设置某个配置项为不同值，并在宿主机上确认该配置是否变更，如果未发生变更，即说明该项是满足 n的。

通过这两步，即可获得当前环境下的所有容器内核可调优配置集。

Docker容器的内核调优