在Openjdk 8 中如何合理使用容器 memory 资源

前言

将 Java 应用容器化虽然更好地解决了可移植性问题，但也存在着一些不友好的情况，比如低版本的JDK（低于Java 8u131）并不能识别 CGroup 资源限制。这将导致JVM读取的是宿主机的全部CPU和内存，一但容器使用资源超过限制则会被 docker 杀死。

在 kubernetes 中，我们会显示在 yaml 文件中配置CPU、内存请求和限制，我们希望容器中的JVM进程能够自动识别到 CGroup 资源限制，获取到正确的内存和CPU信息从而自行动态调整。

JVM 参数配置

以下操作皆在一台 4C 16G 服务器上进行。

版本低于 8u131

JDK 版本低于 8u131 版本的 JVM 不会自动识别到 CGroup 资源限制，需要手动设置初始堆大小以及最大堆大小，否则会按照宿主机的全部内存设置默认值：

配置最大堆大小 -Xmx，默认值：内存的1/4
配置初始堆大小 -Xms，默认值：内存的1/64

未配置JVM参数

可以看到 Max. Heap Size (Estimated): 3.48G，未能正确识别 CGroup 资源限制

$ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u121-alpine java -XshowSettings:vm -versionVM settings:Max. Heap Size (Estimated): 3.48GErgonomics Machine Class: serverUsing VM: OpenJDK 64-Bit Server VMopenjdk version "1.8.0_121"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.3.0) (Alpine 8.121.13-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)

配置JVM参数

配置 -Xmx 和 -Xms 后即可达到我们想要的结果

$ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u121-alpine java -XshowSettings:vm -Xmx2000m -Xms2000m -versionVM settings:Min. Heap Size: 1.95GMax. Heap Size: 1.95GErgonomics Machine Class: serverUsing VM: OpenJDK 64-Bit Server VMopenjdk version "1.8.0_121"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.3.0) (Alpine 8.121.13-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)

8u131 及以上版本

从 8u131 版本开始支持 UseCGroupMemoryLimitForHeap 和 MaxRAMFraction 这两个选项，用 CGroupMemory 的大小作为 JVM heap size，MAXRAMFraction 是用来控制实际可用的内存数量的，比如设置为 1 的话就是 CGroupMemoryLimit 的全部，设置为 2 的话一半，3 的话就是 1/3，以此类推

|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|

未配置JVM参数

可以看到 Max. Heap Size (Estimated): 3.48G，未能正确识别 CGroup 资源限制

$ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u131-alpine java -XshowSettings:vm  -versionVM settings:Max. Heap Size (Estimated): 3.48GErgonomics Machine Class: serverUsing VM: OpenJDK 64-Bit Server VMopenjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.4.0) (Alpine 8.131.11-r2)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

配置JVM参数

配置 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions、-XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap 和 -XX:MaxRAMFraction=1 后即可达到我们想要的结果

$ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u131-alpine java -XshowSettings:vm -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap -XX:MaxRAMFraction=1 -versionVM settings:Max. Heap Size (Estimated): 1.78GErgonomics Machine Class: serverUsing VM: OpenJDK 64-Bit Server VMopenjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.4.0) (Alpine 8.131.11-r2)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

8u191 及以上版本

从 8u191 开始引入了 java10+ 上的 UseContainerSupport 选项，而且是默认启用的，不用设置。同时 UseCGroupMemoryLimitForHeap 这个就弃用了，不建议继续使用，同时还可以通过 -XX:InitialRAMPercentage、-XX:MaxRAMPercentage、-XX:MinRAMPercentage 这些参数更加细腻的控制 JVM 使用的内存比率。比如一些 Java 程序在运行时会调用外部进程、申请 Native Memory 等，所以即使是在容器中运行 Java 程序，也得预留一些内存给系统的。所以 -XX:MaxRAMPercentage 不能配置得太大。

未配置JVM参数

可以看到未添加任何 JVM 参数即可正确识别到 CGroup 资源限制

$ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u191-alpine java -XshowSettings:vm -versionVM settings:Max. Heap Size (Estimated): 455.50MErgonomics Machine Class: serverUsing VM: OpenJDK 64-Bit Server VMopenjdk version "1.8.0_191"
OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.10.0) (Alpine 8.191.12-r0)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)

配置JVM参数

使用 -XX:MaxRAMFraction 参数调整 Max. Heap Size 大小 ```console $ docker run –rm -m 2GB openjdk:8u191-alpine java -XX:MaxRAMFraction=1 -XshowSettings:vm -version

VM settings: Max. Heap Size (Estimated): 1.78G Ergonomics Machine Class: server Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk version “1.8.0_191” OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.10.0) (Alpine 8.191.12-r0) OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)


* 使用 `-XX:InitialRAMPercentage`、`-XX:MaxRAMPercentage`、`-XX:MinRAMPercentage` 参数更加细腻的控制 JVM 使用的内存比率
```console$ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u191-alpine java -XX:InitialRAMPercentage=40.0 -XX:MaxRAMPercentage=90.0 -XX:MinRAMPercentage=50.0 -XshowSettings:vm -versionVM settings:Max. Heap Size (Estimated): 1.60GErgonomics Machine Class: serverUsing VM: OpenJDK 64-Bit Server VMopenjdk version "1.8.0_191"OpenJDK Runtime Environment (IcedTea 3.10.0) (Alpine 8.191.12-r0)OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.191-b12, mixed mode)

参考资料

Java JVM 参数设置大全
如何设置jvm memory option才能合理利用容器的memory资源 - 知乎
容器资源限制及资源可见性 - 云原生实验室 - OSCHINA - 中文开源技术交流社区
Java容器化资源限制问题 | seven的分享
容器中的JVM资源该如何被安全的限制？ | 青木のJava小屋

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