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Openjdk 8 合理使用容器 memory 资源

· 6 分钟阅读

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 -version

VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 3.48G
    Ergonomics Machine Class: server
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk 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 -version

VM settings:
    Min. Heap Size: 1.95G
    Max. Heap Size: 1.95G
    Ergonomics Machine Class: server
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk 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  -version

VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 3.48G
    Ergonomics Machine Class: server
    Using VM: OpenJDK 64-Bit Server VM

openjdk 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 -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_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 -version

VM settings:
    Max. Heap Size (Estimated): 455.50M
    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)

配置JVM参数​

  • 使用 -XX:MaxRAMFraction 参数调整 Max. Heap Size 大小
  $ 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
  $ docker run --rm -m 2GB openjdk:8u191-alpine java -XX:InitialRAMPercentage=40.0 -XX:MaxRAMPercentage=90.0 -XX:MinRAMPercentage=50.0 -XshowSettings:vm -version
  
  VM settings:
      Max. Heap Size (Estimated): 1.60G
      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)

参考资料​