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。
 

1 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。
 

2 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：
 

 
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:7.9 e2353339b7c9ef52a573d92c0136a20ab7373fc7e06345575cf5efe4cf10256a
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。
 

3 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。