Docker——Tomcat JVM 内存配置

前言

安装再docker中的tomcat，在下载大文件或者某些情况下，会出现tomcat的内存溢出等情况，所以需要配置tomcat的内存大小，docker中的tomcat内存大小配置有四种方式。

一、修改catalina.sh

加入JVM：

JAVA_OPTS="-server -Dfile.encoding=UTF-8 -Xms4g -Xmx4g -Xmn1g -Xss512K -verbose:gc -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:MaxTenuringThreshold=10 -XX:PermSize=1g -XX:MaxPermSize=1g -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent -XX:GCTimeRatio=19 -XX:+UseParNewGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=10 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=50 -Xnoclassgc -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0"

示例：

二、创建setenv.sh

如果你查看过catalina.sh里面的代码你会发现下面2段说明：

进入到tomcat/bin目录下，通过以下命令创建setenv.sh文件：

vi setenv.sh

添加环境变量到文件中并保存

JAVA_OPTS="-server -Dfile.encoding=UTF-8 -Xms4g -Xmx4g -Xmn1g -Xss512K -verbose:gc -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:MaxTenuringThreshold=10 -XX:PermSize=1g -XX:MaxPermSize=1g -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent -XX:GCTimeRatio=19 -XX:+UseParNewGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=10 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=50 -Xnoclassgc -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0"

三、docker启动设置环境变量

如果使用官方的Java镜像，或者基于Java镜像构建的Docker镜像，都可以通过传递 JAVA_OPTS 环境变量来轻松地设置JVM的内存参数。比如，对于官方Tomcat 镜像，我们可以执行下面命令来启动一个最大内存为512M的tomcat实例

docker run --rm -e JAVA_OPTS='-Xmx512m' tomcat:8

在日志中，我们可以清楚地发现设置已经生效 “Command line argument: -Xmx512m”：

02-Apr-2016 12:46:26.970 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server version:        Apache Tomcat/8.0.32

02-Apr-2016 12:46:26.974 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server built:          Feb 2 2016 19:34:53 UTC

02-Apr-2016 12:46:26.975 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Server number:         8.0.32.0

02-Apr-2016 12:46:26.975 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log OS Name:               Linux

02-Apr-2016 12:46:26.975 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log OS Version:            4.1.19-boot2docker

02-Apr-2016 12:46:26.975 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Architecture:          amd64

02-Apr-2016 12:46:26.975 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Java Home:             /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64/jre

02-Apr-2016 12:46:26.976 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log JVM Version:           1.7.0_95-b00

02-Apr-2016 12:46:26.976 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log JVM Vendor:            Oracle Corporation

02-Apr-2016 12:46:26.977 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log CATALINA_BASE:         /usr/local/tomcat

02-Apr-2016 12:46:26.977 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log CATALINA_HOME:         /usr/local/tomcat

02-Apr-2016 12:46:26.978 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Command line argument: -Djava.util.logging.config.file=/usr/local/tomcat/conf/logging.properties

02-Apr-2016 12:46:26.978 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Command line argument: -Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager

02-Apr-2016 12:46:26.978 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Command line argument: -Xmx512m

...

完整示例：

# docker
docker run -d --name masl -e TZ="Asia/Shanghai" -e JAVA_OPTS='-server -Dfile.encoding=UTF-8 -Xms2g -Xmx2g -Xmn512m -Xss512K -verbose:gc -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:MaxTenuringThreshold=10 -XX:PermSize=512m -XX:MaxPermSize=512m -XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent -XX:GCTimeRatio=19 -XX:+UseParNewGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=10 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=50 -Xnoclassgc -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0' -p 8081:8080 172.16.99.2:40305/masl:dev-yc-36

四、自动适配容器内存

通过前面3种方法，我们知道在Docker集群上部署运行Java容器应用的时候，可以设置JVM的heap，然而仅仅对JVM的heap参数设置是不够的，我们还需要对Docker容器的内存资源进行限制：

1. 限制容器使用的内存的最大量，防止对系统或其他应用造成伤害

2. 能够将Docker容器调度到拥有足够空余的内存的节点，从而保证应用的所需运行资源

关于容器的资源分配约束，Docker提供了相应的启动参数

对内存而言，最基本的就是通过 -m参数来约束容器使用内存的大小：

-m, --memory=""

Memory limit (format: <number>[<unit>]). Number is a positive integer. Unit can be one of b, k, m, or g. Minimum is 4M.

那么问题就来了，为了正确设置Docker容器内存的大小，难道我们需要同时传递容器的内存限制和JAVA_OPTS环境变量吗？如下所示：

docker run --rm -m 512m -e JAVA_OPTS='-Xmx512m' tomcat:8

这个方法有两个问题：

需要管理员保证容器内存和JVM内存设置匹配，否则可能引发错误
当对容器内存限制调整时，环境变量也需要重新设定，这就需要重建一个新的容器

是否有一个方法，可以让容器内部的JVM自动适配容器的内存限制？这样可以采用更加统一的方法来进行资源管理，简化配置工作。

大家知道Docker是通过CGroup来实现资源约束的，自从1.7版本之后，Docker把容器的local cgroups以只读方式挂载到容器内部的文件系统上，这样我们就可以在容器内部，通过cgroups信息来获取系统对当前容器的资源限制了。

我创建了一个示例镜像 registry.aliyuncs.com/denverdino/tomcat:8-autoheap，其源代码可以从Github 获得。

它基于Docker官方Tomcat镜像创建，它的启动脚本会检查CGroup中内存限置，并计算JVM最大Heap size来传递给Tomcat。其代码如下：

#!/bin/bash

limit_in_bytes=$(cat /sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes)

# If not default limit_in_bytes in cgroup

if [ "$limit_in_bytes" -ne "9223372036854771712" ]

then

    limit_in_megabytes=$(expr $limit_in_bytes \/ 1048576)

    heap_size=$(expr $limit_in_megabytes - $RESERVED_MEGABYTES)

    export JAVA_OPTS="-Xmx${heap_size}m $JAVA_OPTS"

    echo JAVA_OPTS=$JAVA_OPTS

fi

exec catalina.sh run

说明：

为了JVM自身的Non-Heap内存，以及监控，故障排查等场景，我们预留了部分内存（缺省256M），其余容器内存我们都分配给JVM的堆。
这里没有对边界情况做进一步处理。在生产系统中需要根据情况做相应的设定，比如最大的堆大小等等。

现在我们启动一个tomcat运行在512兆的容器中

docker run -d --name test -m 512m registry.aliyuncs.com/denverdino/tomcat:8-autoheap

通过下列命令，从日志中我们可以检测到相应的JVM参数已经被设置成 256MB (512-256)

docker logs test

...

02-Apr-2016 14:18:09.870 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Command line argument: -Xmx256m

...

我们也可以方便的调整Java应用的内存.

Docker 1.10提供了对容器资源限制的动态修改能力。但是由于JVM无法感知容器资源修改，我们依然需要重启tomcat来变更JVM的内存设置，例如，我们可以通过下面命令把容器内存限制调整到1GB

docker update -m 1024m test

docker restart test

再次检查日志，相应的JVM Heap Size最大值已被设置为768MB

docker logs test

...

02-Apr-2016 14:21:07.644 INFO [main] org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener.log Command line argument: -Xmx768MB

...

总结

第1和第2种方法，通过在Dockerfile中构建image的时候写死了一个catalina.sh或setenv.sh到tomcat的bin目录下（或者通过挂载文件的方式），这样的话就限制死了我们的镜像，不够通用。

第3种方法，也容易引发问题，且不够灵活。所以，推荐使用第4种方法。

参考：https://yq.aliyun.com/articles/18037