使用 Ballast 文件解决 Docker 容器磁盘占满无法启动的问题

背景

在容器开发工作中，售卖算力容器是一个很常见的需求，不管是用 Docker 容器还是 K8s Pod
交付。

其中有一个问题是：我们提供给用户的容器默认是没有限制 / 目录的，虽然说这些都是临时文件，真正需要持久化的文件我们可以提供分布式存储，然后挂载到用户容器的某个目录。

一个简单而有效的方式是使用 XFS 文件系统配合 --storage-opt 参数就能限制用户容器的 / 目录，也可以说是限制用户容器的系统盘大小。

问题

但是当用户长期使用一个容器，比如在容器里进行模型训练，会导致系统盘空间越来越小，当系统盘空间已经非常接近我们设置的大小时，例如限制系统盘大小为
20Gi，用户已经使用了 19.9999Gi，这时候当用户 Stop 了容器（关机），再次 Restart/Start 容器（开机）时很可能会失败。

报错信息如下：

Error response from daemon: mkdir /localData/docker/overlay2/7adae703b531d3e114cd171999e5502fe685e13835569b6f1d9fb31ab812773b/merged: disk quota exceeded 

这好像没什么好的解决办法，因为造成问题的原因是用户把容器当成了虚机来用，一般情况下我们也不会持久化用户容器的临时文件。

但目前确实遇到了这个问题，所以和朋友一番讨论后，想出来了一个思路。

实现思路

前段时间研究了一下 Golang 控制 GC 频率的方法，其中使用的是 ballast，就像下面代码中：
初始化了一个生命周期贯穿整个 Go 应用的超大 Slice，保证 GC 在 10G 的一倍时才被触发。

详情参考这篇文章 性能优化 | Go Ballast 让内存控制更加丝滑

package main

import "runtime"

func main() {ballast := make([]byte, 10*1024*1024*1024) // 10G

	// do something

	runtime.KeepAlive(ballast)
}

所以脑洞大开，我们能不能也用 ballast 的思想来为容器提供一个 ballast，当容器磁盘不足时，我们手动减少这个“压舱石”
的大小，这样就能能保证容器关机后，再次重启时，不会因为磁盘不足，导致失败了。

当然这样的操作是基于一个前提的，就是：

无论如何都不应该删除用户容器里的任何东西，即使是日志或者垃圾文件。

所以使用一个人畜无害的压舱石，可能是比较优雅的方式。

坏处也很明显，就是用户可以删除这块压舱石，并且用户 df -h 看到的空间是和实际购买的不一样。

具体实现

用户开通容器时

当用户开通一个容器，我们会限制用户容器的系统盘大小，比如说默认 20Gi
的空间，但是通过程序开通容器时，我们使用 --storage-opt size 限制时会把系统盘大小设置为 20Gi + 5Gi，5Gi 的文件作为一个
ballast（压舱石）存在于用户的容器中。

当用户使用了 19.9Gi（实际情况下要比这个数字更接近 20Gi）的空间后，df -h 显示如下内容：

$ df -h
Filesystem                             Size    Used   
/                                      25Gi    24.9Gi

用户关机时

重点在 Stop 时，如果说 Used 已经很接近 Size 了，那么我们就调整 ballast 的大小，保证用户容器正确启动。

举个例子，当 Used 已经为 24.9Gi，限制的大小为 25Gi，我们 Stop 时，把 ballast 的大小减小 0.5Gi, 保证用户容器正确启动。

源码地址

ballast-docker-container

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