限制容器中的jvm

我就是我 2022-12-16 06:42 110阅读 0赞

在rancher中部署完java应用之后，需要对java程序的jvm进行设置，这个非常重要，不然可能会引起比较严重的后果：容器无限制的重启或者主机的内存被耗尽。

**在开始之前，先来看一个问题：**

在容器中跑了一个java应用，那怎么来限制这个jvm的memory呢？

按照传统的思路对memory进行限制：  
首先java应用的jvm内存限制可以通过`-Xmx`进行限制，容器的内存限制也是可以设置的，特别是对于kubernetes的容器，可以通过`resource request/limit`来设置一个memory可以使用的范围。

如此一来，jvm中的memory如果只设定成一个固定的数值就显得非常不灵活了。如果jvm可以自动的识别容器的可用memory的话就好了，这样的话，如果我希望调大jvm内存，只需要改变容器的`memory limit`的定义就可以了，不用再调整java应用的jvm参数值了。

带着这个问题，继续往下看。

## 一、设置容器的限制 ##

首先明确一点：不要为在容器中运行的任何java程序手动设置jvm堆空间，而是要设置容器的限制。

那到底是为什么呢？

*  首先，设置容器限制可以实现容器（cgroups）的基本目标：隔离进程集合的资源使用。例如，当通过JVM参数手动分配空间时，可能完全忽视了容器的限制。
 *  它允许轻松调整容器的资源分配。例如，应用需要更多的内存的时候，我们只需要把容器的资源限制调大就行，而无需修改容器中JVM的参数。
 *  在容器编排环境（例如Kubernetes）中运行，则容器限制对于节点运行状况和调度都将变得极为重要。调度程序将使用这些限制来找到合适的节点来运行容器，并确保相等的负载分布在各个节点上。如果通过JVM参数设置内存使用率，则此信息对于调度程序不可用，因此调度程序不知道如何有效的分散容器的负载。
 *  如果未设置容器限制，并且Java应用在没有显式设置任何JVM内存标志的容器中运行，则JVM会自动将最大堆设置为运行它的主机节点上RAM的1/4,。例如，如果容器在32G内存的主机节点上运行，则JVM进程堆空间可以最大为8G。如果在一个节点上运行10个容器，最大可能需要80G的堆内存，这样造成的后果就可想而知了。

## 二、设置JVM的限制 ##

在容器环境中，由于java获取不到容器的内存限制，只能获取到服务器的配置，所以这样容易引起不必要的问题。例如，限制容器使用100M内存，但是jvm根据服务器配置来分配拟初始化内存，导致java进程超过容器限制被kill掉。为了解决这个问题，我们可以设置`-Xmx`或者`MaxRAM`来解决，但是这就跟刚开始讲的一样，非常不灵活。

为了解决这个问题，`Java 10`引入了`+UseContainerSupport`（默认情况下开启），通过这个特性，可以使得JVM在容器环境中分配合理的堆内存。并且在`jdk8u191`版本之后，这个功能引入到了JDK8，这对于jdk8的用户而言确实是一个很大利好，也可以说是大势所趋吧。

`-XX:+UseContainerSupport`允许JVM从主机读取cgroup限制，例如可用的CPU和RAM，并进行相应的配置。这样当JVM内存不够用时，会抛出OOM异常，就不会因为JVM超过容器的资源限制而使得容器被杀死了。

注意：在`jdk8u191`版本之后，`-XX:{Min|Max}RAMFraction`已经被弃用了，引入了`-XX:MaxRAMPercentage`，其值介于0.0到100.0直接，默认值为25.0。

## 三、实践 ##

首先要保证我们的jdk版本是`jdk8u191`或者更高版本jdk8。

### 1、对容器的资源进行限制 ###

这里直接在已有的项目上进行修改，由于UI用的是rancher，可以直接在UI中进行设置：

点击`升级`–>`显示高级选项`–>`安全/主机设置`，按照实际需求填写，我这里限制内存为1024M，限制CPU为1核。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djMTY5NTA0MDg0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

**这里还要注意一下**：因为对容器的资源进行限制之后，java应用启动所花费的时间会变长，所以如果开启了`健康检查`的话，记得把时间改得略微长一点，不然就可能在你之前所设定的时间内服务还没完全启来的话，pod会无限的 重启。

然后点击`升级`即可。

#### 2、对JVM资源进行限制 ####

在Dockerfile中，在java应用的启动命令中加入`-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0`，如下：

java -XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0 -jar /opt/app.jar --server.port=${port} --spring.profiles.active=${opt_active}

其中的`75.0`表示将JVM的MaxHeapSize（最大堆内存）设置为容器内存的75%。

注意：这里如果设置成75%，要写成`-XX:MaxRAMPercentage=75.0`；如果设置成80%要，要写成`-XX:MaxRAMPercentage=80.0`。看出端倪了吧，重点就是在这个`.0`上。我之前写成75，运行java程序的时候就会报错：`Improperly specified VM option 'MaxRAMPercentage=75'`。网上搜索之后，发现这是个bug，需要在后面加上`.0`才行，具体见[https://stackoverflow.com/questions/58171149/java-8-docker-improperly-specified-vm-option-initialrampercentage-xx][https_stackoverflow.com_questions_58171149_java-8-docker-improperly-specified-vm-option-initialrampercentage-xx]

#### 3、验证 ####

完成上面的容器和JVM的资源限制之后，重新发布下这个java应用。

在验证之前，按照理算的话，JVM的最大堆内存应该=容器内存限制值\*75%=1024\*75%=768M

然后直接用`jmap`命令查看JVM的堆内存：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djMTY5NTA0MDg0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

和预期的一样，现在的`MaxHeapSize`的值为768M。这样以后要扩大JVM的堆内存的话，就只要修改容器的内存限制值就可以了，`MaxHeapSize`的值会随之增大。

参考文章：  
[https://www.colabug.com/2019/1225/6769764/amp/][https_www.colabug.com_2019_1225_6769764_amp]  
[https://zhuanlan.zhihu.com/p/140849800][https_zhuanlan.zhihu.com_p_140849800]  
[https://www.bbsmax.com/A/qVdeP3qE5P/][https_www.bbsmax.com_A_qVdeP3qE5P]  
[https://stackoverflow.com/questions/58171149/java-8-docker-improperly-specified-vm-option-initialrampercentage-xx][https_stackoverflow.com_questions_58171149_java-8-docker-improperly-specified-vm-option-initialrampercentage-xx]

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[https_stackoverflow.com_questions_58171149_java-8-docker-improperly-specified-vm-option-initialrampercentage-xx]: https://stackoverflow.com/questions/58171149/java-8-docker-improperly-specified-vm-option-initialrampercentage-xx
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djMTY5NTA0MDg0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221123/b09aba1645384e4799e466302e7b18d3.png
[https_www.colabug.com_2019_1225_6769764_amp]: https://www.colabug.com/2019/1225/6769764/amp/
[https_zhuanlan.zhihu.com_p_140849800]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/140849800
[https_www.bbsmax.com_A_qVdeP3qE5P]: https://www.bbsmax.com/A/qVdeP3qE5P/