容器中的JVM资源该如何被安全的限制？

时间  2019-11-12
标签 容器 jvm 资源 如何 安全 限制 栏目 Java 繁體版
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前言

Java与Docker的结合，虽然更好的解决了application的封装问题。但也存在着不兼容，好比Java并不能自动的发现Docker设置的内存限制,CPU限制。html

这将致使JVM不能稳定服务业务！容器会杀死你JVM进程，而健康检查又将拉起你的JVM进程，进而致使你监控你的pod一天重启次数甚至能达到几百次。java

咱们但愿当Java进程运行在容器中时，java可以自动识别到容器限制，获取到正确的内存和CPU信息，而不用每次都须要在kubernetes的yaml描述文件中显示的配置完容器，还须要配置JVM参数。docker

使用JVM MaxRAM参数或者解锁实验特性的JVM参数，升级JDK到10+，咱们能够解决这个问题（也许吧~.~）。缓存

首先Docker容器本质是是宿主机上的一个进程，它与宿主机共享一个/proc目录，也就是说咱们在容器内看到的/proc/meminfo，/proc/cpuinfo
与直接在宿主机上看到的一致，以下。安全

  • Host
cat /proc/meminfo 
MemTotal: 197869260 kB
MemFree: 3698100 kB
MemAvailable: 62230260 kB
  • 容器
docker run -it --rm alpine cat /proc/meminfo
MemTotal:       197869260 kB
MemFree:         3677800 kB
MemAvailable:   62210088 kB

那么Java是如何获取到Host的内存信息的呢？没错就是经过/proc/meminfo来获取到的。app

默认状况下，JVM的Max Heap Size是系统内存的1/4，假如咱们系统是8G，那么JVM将的默认Heap≈2G。eclipse

Docker经过CGroups完成的是对内存的限制，而/proc目录是已只读形式挂载到容器中的，因为默认状况下Java
压根就看不见CGroups的限制的内存大小，而默认使用/proc/meminfo中的信息做为内存信息进行启动，
这种不兼容状况会致使，若是容器分配的内存小于JVM的内存，JVM进程会被理解杀死。jvm

内存限制不兼容

咱们首先来看一组测试，这里咱们采用一台内存为188G的物理机。测试

 

#free -g
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            188         122           1           0          64          6

如下的测试中，咱们将包含openjdk的hotspot虚拟机，IBM的openj9虚拟机。ui

如下测试中，咱们把正确识别到限制的jdk，称之为安全（即不会超出容器限制不会被kill），反之称之为危险。

测试用例1(OPENJDK)

这一组测试咱们使用最新的openjdk8-12，给容器限制内存为4G，看JDK默认参数下的最大堆为多少？看看咱们默认参数下多少版本的JDK是安全的

  • 命令以下，若是你也想试试看，能够用一下命令。
docker run -m 4GB  --rm  openjdk:8-jre-slim java  -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  openjdk:9-jre-slim java  -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  openjdk:10-jre-slim java -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  openjdk:11-jre-slim java -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  openjdk:12 java -XshowSettings:vm  -version
  • OpenJDK8（并无识别容器限制，26.67G） 危险
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  openjdk:8-jre-slim java  -XshowSettings:vm  -version

VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 26.67G
    Ergonomics Machine Class: server
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "1.8.0_181"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_181-8u181-b13-2~deb9u1-b13)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.181-b13, mixed mode)

 

  • OpenJDK8 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap （正确的识别容器限制，910.50M）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  openjdk:8-jre-slim java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 910.50M
    Ergonomics Machine Class: server
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "1.8.0_181"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_181-8u181-b13-2~deb9u1-b13)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.181-b13, mixed mode)

 

  • OpenJDK 9（并无识别容器限制，26.67G）危险
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  openjdk:9-jre-slim java  -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 29.97G
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "9.0.4"
OpenJDK Runtime Environment (build 9.0.4+12-Debian-4)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 9.0.4+12-Debian-4, mixed mode)

 

  • OpenJDK 9 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap （正确的识别容器限制，1G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  openjdk:9-jre-slim java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 1.00G
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "9.0.4"
OpenJDK Runtime Environment (build 9.0.4+12-Debian-4)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 9.0.4+12-Debian-4, mixed mode)
  • OpenJDK 10（正确的识别容器限制，1G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 32GB --rm  openjdk:10-jre-slim java -XshowSettings:vm -XX:MaxRAMFraction=1  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 1.00G
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "10.0.2" 2018-07-17
OpenJDK Runtime Environment (build 10.0.2+13-Debian-2)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 10.0.2+13-Debian-2, mixed mode)
  • OpenJDK 11（正确的识别容器限制，1G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  openjdk:11-jre-slim java -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 1.00G
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "11.0.1" 2018-10-16
OpenJDK Runtime Environment (build 11.0.1+13-Debian-3)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 11.0.1+13-Debian-3, mixed mode, sharing)
  • OpenJDK 12（正确的识别容器限制，1G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  openjdk:12 java -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 1.00G
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version "12-ea" 2019-03-19
OpenJDK Runtime Environment (build 12-ea+23)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 12-ea+23, mixed mode, sharing)

测试用例2(IBMOPENJ9)

 

docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk8-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk9-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk10-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk11-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
  • openjdk8-openj9 （正确的识别容器限制，3G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk8-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 3.00G
    Ergonomics Machine Class: server
    Using VM: Eclipse OpenJ9 VM

openjdk version "1.8.0_192"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_192-b12_openj9)
Eclipse OpenJ9 VM (build openj9-0.11.0, JRE 1.8.0 Linux amd64-64-Bit Compressed References 20181107_95 (JIT enabled, AOT enabled)
OpenJ9   - 090ff9dcd
OMR      - ea548a66
JCL      - b5a3affe73 based on jdk8u192-b12)
  • openjdk9-openj9 （正确的识别容器限制，3G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk9-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 3.00G
    Using VM: Eclipse OpenJ9 VM

openjdk version "9.0.4-adoptopenjdk"
OpenJDK Runtime Environment (build 9.0.4-adoptopenjdk+12)
Eclipse OpenJ9 VM (build openj9-0.9.0, JRE 9 Linux amd64-64-Bit Compressed References 20180814_248 (JIT enabled, AOT enabled)
OpenJ9   - 24e53631
OMR      - fad6bf6e
JCL      - feec4d2ae based on jdk-9.0.4+12)
  • openjdk10-openj9 （正确的识别容器限制，3G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk10-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 3.00G
    Using VM: Eclipse OpenJ9 VM

openjdk version "10.0.2-adoptopenjdk" 2018-07-17
OpenJDK Runtime Environment (build 10.0.2-adoptopenjdk+13)
Eclipse OpenJ9 VM (build openj9-0.9.0, JRE 10 Linux amd64-64-Bit Compressed References 20180813_102 (JIT enabled, AOT enabled)
OpenJ9   - 24e53631
OMR      - fad6bf6e
JCL      - 7db90eda56 based on jdk-10.0.2+13)
  • openjdk11-openj9（正确的识别容器限制，3G）安全
[root@xiaoke-test ~]# docker run -m 4GB --rm  adoptopenjdk/openjdk11-openj9:alpine-slim  java -XshowSettings:vm  -version
VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 3.00G
    Using VM: Eclipse OpenJ9 VM

openjdk version "11.0.1" 2018-10-16
OpenJDK Runtime Environment AdoptOpenJDK (build 11.0.1+13)
Eclipse OpenJ9 VM AdoptOpenJDK (build openj9-0.11.0, JRE 11 Linux amd64-64-Bit Compressed References 20181020_70 (JIT enabled, AOT enabled)
OpenJ9   - 090ff9dc
OMR      - ea548a66
JCL      - f62696f378 based on jdk-11.0.1+13)

分析

分析以前咱们先了解这么一个状况：

JavaMemory (MaxRAM) = 元数据+线程+代码缓存+OffHeap+Heap...

通常咱们都只配置Heap即便用-Xmx来指定JVM可以使用的最大堆。而JVM默认会使用它获取到的最大内存的1/4做为堆的缘由也是如此。

安全性（即不会超过容器限制被容器kill）

OpenJdk

OpenJdk8-12,都能保证这个安全性的特色（8和9须要特殊参数，-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap）。

OpenJ9

2.IbmOpenJ9全部的版本都能识别到容器限制。

资源利用率

OpenJdk

自动识别到容器限制后，OpenJdk把最大堆设置为了大概容器内存的1/4，对内存的浪费不可谓不大。

固然能够配合另外一个JVM参数来配置最大堆。-XX:MaxRAMFraction=int。下面是我整理的一个常见内存设置的表格，
从中咱们能够看到彷佛JVM默认的最大堆的取值为MaxRAMFraction=4，随着内存的增长，堆的闲置空间愈来愈大，在16G容器内存时，java堆只有不到4G。

MaxRAMFraction取值 堆占比 容器内存=1G 容器内存=2G 容器内存=4G 容器内存=8G 容器内存=16G
1 ≈90% 910.50M 1.78G 3.56G 7.11G 14.22G
2 ≈50% 455.50M 910.50M 1.78G 3.56G 7.11G
3 ≈33% 304.00M 608.00M 1.19G 2.37G 4.74G
4 ≈25% 228.00M 455.50M 910.50M 1.78G 3.56G

OpenJ9

关于OpenJ9的的详细介绍你能够从这里了解更多。
对于内存利用率OpenJ9的策略是优于OpenJdk的。如下是OpenJ9的策略表格

容器内存<size> 最大Java堆大小
小于1 GB 50％<size>
1 GB – 2 GB <size> – 512 MB
大于2 GB 大于2 GB

结论

  • 注意：这里咱们说的是容器内存限制，和物理机内存不一样，

自动档

  • 若是你想要的是，不显示的指定-Xmx，让Java进程自动的发现容器限制。

1.若是你想要的是jvm进程在容器中安全稳定的运行，不被容器kiil，而且你的JDK版本小于10（大于等于JDK10的版本不须要设置，参考前面的测试）
你须要额外设置JVM参数-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap，便可保证你的Java进程不会由于内存问题被容器Kill。
固然这个方式使用起来简单，可靠，缺点也很明显，资源利用率太低（参考前面的表格MaxRAMFraction=4）。

2.若是想在基础上我还想提升一些内存资源利用率，而且容器内存为1 GB – 4 GB，我建议你设置-XX:MaxRAMFraction=2，在大于8G的能够尝试设置-XX:MaxRAMFraction=1（参考上表格）。

手动挡

  • 若是你想要的是手动挡的体验，更加进一步的利用内存资源，那么你可能须要回到手动配置时代-Xmx。
  • 手动挡部分，请能够彻底忽略上面个人BB。
    1.上面的咱们说到了自动挡的配置，用起来很简单很舒服，自动发现容器限制，无需担忧和思考去配置-Xmx。
    2.好比你有内存1G那么我建议你的-Xmx750M,2G建议配置-Xmx1700M,4G建议配置-Xmx3500-3700M,8G建议设置-Xmx7500-7600M,
    总之就是至少保留300M以上的内存留给JVM的其余内存。若是堆特别大，能够预留到1G甚至2G。
    3.手动挡用起来就没有那么舒服了，固然资源利用率相对而言就更高了。

 

https://blog.kelu.org/tech/2018/05/30/running-a-jvm-in-a-container-without-getting-killed.html

做者：青木

原文连接：https://qingmu.io/2018/12/17/How-to-securely-limit-JVM-resources-in-a-container/

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