500行代码手写Docker，轻松实现硬件资源限制

2023-11-10 02:20:20

深入剖析容器资源限制：使用 Cgroups 手写 Docker（500 行代码）

简介

Docker 作为一种轻量级的虚拟化技术，通过将应用程序打包成独立的容器，从而简化了开发和部署过程。这些容器在资源占用和启动速度上均优于传统的虚拟机，使其非常适合微服务架构和云原生应用。本文将深入探讨容器资源限制，展示如何使用 Linux 内核特性 Cgroups 手动编写一个简易的 Docker 版本，并实现对容器硬件资源的限制。

理解 Cgroups

Cgroups（控制组）是一种 Linux 内核特性，用于对进程及其子进程的资源使用情况进行限制和监控，包括 CPU、内存、磁盘 I/O 等。Docker 正是利用 Cgroups 来实现对容器资源的细粒度管理。

实现硬件资源限制

创建 Cgroup 文件系统

首先，创建一个 Cgroup 文件系统来存储相关信息：

mkdir /sys/fs/cgroup/cpu
mkdir /sys/fs/cgroup/memory

创建 Cgroup 子系统

接下来，创建管理特定资源的 Cgroup 子系统：

mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/mycpu
mkdir /sys/fs/cgroup/memory/mymemory

设置资源限制

配置 Cgroup 子系统以限制资源使用：

echo 50% > /sys/fs/cgroup/cpu/mycpu/cpu.cfs_quota_us
echo 1073741824 > /sys/fs/cgroup/memory/mymemory/memory.limit_in_bytes

将进程加入 Cgroup

最后，将进程加入指定 Cgroup 子系统：

cgcreate -g cpu:mycpu
cgcreate -g memory:mymemory

运行容器

利用 Docker 运行容器并限制资源：

docker run -it --cpuset-cpus=0 --memory=1024m myimage

其中：

--cpuset-cpus=0：指定容器可用的 CPU 内核。
--memory=1024m：指定容器可使用的内存大小。

代码示例

import os
import subprocess
import time

# 创建 Cgroup 文件系统
os.makedirs('/sys/fs/cgroup/cpu', exist_ok=True)
os.makedirs('/sys/fs/cgroup/memory', exist_ok=True)

# 创建 Cgroup 子系统
os.makedirs('/sys/fs/cgroup/cpu/mycpu', exist_ok=True)
os.makedirs('/sys/fs/cgroup/memory/mymemory', exist_ok=True)

# 设置资源限制
with open('/sys/fs/cgroup/cpu/mycpu/cpu.cfs_quota_us', 'w') as f:
    f.write('50%')

with open('/sys/fs/cgroup/memory/mymemory/memory.limit_in_bytes', 'w') as f:
    f.write('1073741824')

# 将进程加入 Cgroup
subprocess.run(['cgcreate', '-g', 'cpu:mycpu'])
subprocess.run(['cgcreate', '-g', 'memory:mymemory'])

# 运行容器
subprocess.run(['docker', 'run', '-it', '--cpuset-cpus=0', '--memory=1024m', 'myimage'])

# 停止容器
time.sleep(3)
subprocess.run(['docker', 'stop', 'mycontainer'])

# 清理 Cgroup
subprocess.run(['cgdelete', 'cpu:mycpu'])
subprocess.run(['cgdelete', 'memory:mymemory'])