Linux-VServer a OpenVZ - přidělování CPU

3. 10. 2007 | Jaroslav Tomeček

Články - Linux-VServer a OpenVZ - přidělování CPU  

V dnešním díle budeme pokračovat v omezování hardwarových zdrojů serverům. Podíváme se, jak upravit přidělení CPU.

Plánovač CPU

Upravená jádra Linuxu obou systémů byla obohacena o rozšířený plánovač přidělení CPU. Ten nyní musí obsluhovat jak jednotlivé procesy, tak i virtuální servery. Systémy pro plánovaní přidělení CPU používají technologii Token-bucket. Každému virtuálnímu serveru je přiděleno pouze tolik systémového času, než spotřebuje přidělené tokeny. Konfiguraci lze měnit i za běhu virtuálního prostředí.

Nastavení plánovače a přidělení CPU využijeme například ve chvíli, kdy server potřebuje při startu vyšší výkon než během svého běhu.

Linux-VServer

V Linux-VServeru nastavujeme počet tokenů (fill-rate), které jsou doplněny do bucket za časový interval (fill-interval). Dále můžeme nastavit počáteční, minimální a maximální množství tokenů.

Ke správné funkci plánovače musíme sestavit jádro Linux-VServeru s volbou CONFIG_VSERVER_HARDCPU=y.

Linux-VServer rozlišuje mezi „tvrdým“ a „měkkým“ limitem plánovače. Virtuálnímu serveru s tvrdým limitem je po vyčerpání tokenů odebrán procesor. Pokud virtuální server vyčerpá svůj měkký limit a na procesor nečeká jiný virtuální server, je tomuto virtuálnímu serveru nastavena velmi nízká priorita, ale může mu být přidělen procesor. Tvrdý limit nastavíme vložením sched_hard do souboru /etc/vservers/<id_of_vserver>/flags. Pro měkký limit vložíme do stejného souboru sched_prio. Metody nelze kombinovat.

Vlastní nastavení plánovače je uloženo v souboru /etc/vservers/<id_of_vserver>/schedule. Tento soubor má šest řádků:

• fill rate – počet tokenů přidělených při jedné obrátce
• fill interval – délka obrátky v tokenech
• počáteční množství tokenů
• minimální množství tokenů
• maximální množství tokenů
• prio bias – hodnota, která je připočítána k ostatním hodnotám

Po vyplnění může tento soubor vypadat například takto:

7
32
500
200
1000
0

Virtuálnímu serveru je přiděleno 7/32 procesoru, na počátku má k dispozici 500 tokenů, jejich minimální stav je 200 a maximální 1000. Poslední hodnotou je prio bias. Je-li hodnota nenulová, přičte se k ostatním hodnotám. Pokud by v příkladu byla rovna 5, kontext by dostal 12/37 procesoru, měl by při startu k dispozici 505, minimálně 205 a maximálně 1005 tokenů.

Nastavení plánovače můžeme změnit i za běhu virtuálního serveru. Použijeme k tomu program vsched z balíku util-vserver. Ten má následující syntaxi:

vsched [--xid <xid>] [--fill-rate <rate>] [--interval
 <interval>] [--tokens <tokens>] [--tokens-min
  <tokens>] [--tokens-max <tokens>] [--prio-bias
   <bias>] [--] [ *]

Argumentem volby --xid je kontextové číslo virtuálního stroje. To je možné zjistit pomocí utility vserver-stat. Volby --fill-rate, --interval, --tokens, --tokens-min a --token-max po řadě odpovídají pěti řádkům souboru /etc/vservers/<id_of_vserver>/schedule. Program umožňuje nastavit přidělení procesoru i určité aplikaci virtuálního serveru. Tato aplikace je potom posledním argumentem vsched.

Změnu nastavení plánování virtuálního serveru s kontextovým číslem 1000 provedeme následovně:

# vsched --xid 1000 --fill-rate 30 --interval 100 \
> --tokens 100 --tokens_min 30 --tokens_max 200

Nastavení plánování programu ls ve virtuálním serveru s kontextovým číslem 1000 změníme například takto:

# vsched –-xid 1000 --fill-rate 30 --interval 100 \
> --tokens 100 --tokens_min 30 --tokens_max 200 -- /bin/ls

OpenVZ

Změnu nastavení plánovače procesoru můžeme provést pomocí dvou přepínačů utility vzctl.

Pro první možnost použijeme přepínač --cpulimit. Hodnota parametru odpovídá procentu času, po který je procesor přiřazen virtuálnímu serveru a po jehož uplynutí je CPU virtuálnímu serveru odebrán. Odpovídá tedy tvrdému limitu. Chceme-li přidělit virtuálnímu serveru 1919 10 % času procesoru, zadáme příkaz následovně:

# /usr/sbin/vzctl set 1919 --cpulimit 10%

Přidělíme-li virtuálnímu serveru více procesorů (přepínač --cpus utility vzctl s argumentem rovnajícím se počtu přidělených CPU) odpovídá celkový čas CPU násobku počtu procesorů. Například se dvěma procesory má hodnotu 200 %.

Druhou variantu zvolíme přepínačem --cpuunits. Ten určuje garantovanou hodnotu takzvaných CPU jednotek (tokenů), které budou přiděleny virtuálnímu serveru. Argumentem je kladné nenulové číslo předávané plánovači CPU. Vyšší hodnota zaručuje více času procesoru přiděleného virtuálnímu serveru. Po vyčerpání jednotek nemusí být procesor virtuálnímu serveru odebrán, pokud žádný jiný server na procesor nečeká. Maximální hodnota je 500000, minimální 8. V celém systému se čas procesoru přiděluje podle poměru těchto hodnot pro jednotlivé servery. Implicitní hodnota odpovídá 1000 tokenům. Nastavení potom může vypadat následovně:

# /usr/sbin/vzctl set 1919 --cpuunits 1000

Hodnotu přidělených CPU jednotek --cpuunits můžeme nastavit i pro VE0, tedy samotný hostitelský systém. Přepínačem je --ve0cpuunits a jako číslo VE uvedeme 0. Nastavení tohoto argumentu na příliš nízkou hodnotu v poměru k hodnotám jiných virtuálních serverů může způsobit nestabilitu celého operačního systému. Autoři doporučují hodnotu mezi 5 - 10 %. Ta se ukládá do souboru /etc/vz/vz.conf (hodnota VE0CPUUNITS) a o její nastavení se stará skript /etc/init.d/vz.

Stejně jako u jiných nastavení pomocí utility vzctl jsou nastavené hodnoty implicitně dočasné. Pro jejich trvalé uložení uvedeme přepínač --save. Nastavení se ukládá do souboru /etc/sysconfig/vz-scripts/<VPS_ID>.conf (hodnoty CPUUNITS a CPULIMIT).

Aktuální hodnoty CPU jednotek zjistíme utilitou vzcpucheck. Jejím výstupem je hodnota spotřebovaných jednotek všemi virtuálními servery a VE0 a maximální možný „výkon“ systému:

# vzcpucheck

Current CPU utilization: 6667
Power of the node: 73072.5

Zařízení v adresáři /dev

Oba projekty nabízejí jiné položky přístupné implicitně v adresáři /dev, stejně jako jiné přístupy k vytváření dalších speciálních souborů.

Linux-VServer

Po instalaci základní kostry systému obsahuje virtuální server následující položky:

full	log	null	ptmx	pts
random	tty	urandom	zero

Vytvoření dalších souborů není z virtuálního serveru možné. V kontextech není povolena capability CAP_MKNOD ani pro uživatele root, a samotný Linux-VServer nenabízí nástroj, který by byl obdobou mknod. Speciální soubory lze vytvářet pouze z hostitelského systému.

OpenVZ

Viditelnost speciálních souborů se mění podle konfigurace počítače. Obecně jsou vytvořené soubory a adresáře:

console	core	fd	full
initctl	kmem	log	mem
null	port	ptmx	pts
ram	random	shm	tty
urandom	zero

OpenVZ umožňuje vytváření dalších speciálních souborů prostřednictvím svých utilit.

Zařízení v adresáři /dev ve VPS zpřístupníme z hardwarového uzlu pomocí utility vzctl:

# vzctl set VPS_ID --devnodes \
 device:r|w|rw|none --save

Příkaz zpřístupní zařízení device (ve tvaru například /dev/hda) s přístupovými právy (r – čtení, w – zápis, rw – čtení a zápis, none – žádný přístup) s trvalým uložením změn v konfiguraci (parametr --save).

Další možností je povolení capability CAP_MKNOD ve VPS z hostitelského serveru:

# vzctl set VPS_ID --capability CAP_MKNOD:on --save

Poté je možné ve VPS vytvářet speciální soubory pomocí mknod. Tato volba však může být možnou bezpečnostní slabinou.

Příště

V příštím díle se zaměříme na správu výpočetních zdrojů jako je paměť RAM, počet otevřených souborů atd.

Seriál Virtualizace na úrovni jádra (dílů: 8)

První díl: Virtualizace na úrovni jádra operačního systému, poslední díl: Linux-VServer - správa výpočetních zdrojů.
Předchozí díl: Linux-VServer a OpenVZ - diskové limity
Následující díl: Linux-VServer - správa výpočetních zdrojů

Diskuse k tomuto článku

[Michal Čihař]

U mě tedy pro VServer neexistuje soubor schedule, ale adresář tohoto jména obsahuje soubory s parametry plánovače - fill-rate interval tokens tokens-max tokens-min.

[Cunha]

V nejake z poslednich verzi VServeru doslo ke zmene - parametry(radky) se presunuly do vlastnich souboru - , ale funkcnost je stejna.

[MartinT]

Vám ukazuje vzcpucheck jako Current CPU utilization něco jiného než celkový součet přidělených jednotek ? (soudě podle hodnoty 6667). Snažil jsem se přetížit zkušební VE pomocí "bzip2 -9" cca 80MB taru, přičemž zkušebnímu VE jsem nastavil jen 8 jednotek. Paralelně jsem se díval na výstup z vzcpucheck a byl trvale 4008 (VE0 + 3x reálné VE po 1000 a zkušení s 8). A pokud tedy vzcpucheck nelže ohledně "Current CPU utilization", tak to IMHO znamená, že i nastavení přes --cpuunits je de fakto tvrdý limit. Server sice má "Power of the node: 186725", ale se mi nechce věřit, že by to ten bzip2 zvládlo pod 8/186725 výkonu CPU (když mu to trvalo cca 20s).

[MartinT]

Tak jsem to asi špatně pochopil a můj závěr je špatný. Co jsem si prostudoval dokumentaci, tak to vypadá tak, že OpenVZ prostě přiděluje každému VPS definovaný počet cpuunits. Po jejich vyčerpání přejde k dalšímu VPS a tak pořád dokola. Cpuunits tedy definují v jakém poměru se na dané VPS dostane čas na procesoru vzhledem k ostatním VPS. V mém případě tedy hostitel a 3 reálné VPS dostávají stejný díl času na procesoru, kdežto zkušebnímu VPS když se dostane na řadu bude přidělena pouze 8/1000 času (oproti ostatním). A když je "Power of the node: 186725", každé z VPS se dostane na řadu 186725/4008 krát za sekundu (cca 46Hz). Jinak řečeno (v mém případě): VE0 jede 5,35ms, pak se systém přepne na VPS1 a to jede 5,35ms, pak na VPS2 opět 5,35ms, pak na VPS3 zase 5,35ms a pak na zkušební VPS a to po dobu 0,04ms. A pak zase VE0 5,35ms .. .

Nevíte o nějakém nástroji, který by nějak souhrnně ukázal, jak je procesor využíván v rámci jednotlivých VPS ? Jde mi o odladění potřebných cpuunits pro jednotlivé VPS. V rámci kontextů je dostupná statistika v /proc/loadavg. Navíc se nějaké užitečné informace dají najít i v /proc/vz/vestat. Ale k tomu by se muselo něco bastlit, šlo mi o to, jestli jsem nepřehlédnul nějaký použitelný nástroj.

[Komunista]

Tento seriál sa pomaly dostáva mimo moje vedomosti (chápanie), ale aj tak dík