k8s 中文文档

# k8s 为系统守护进程预留计算资源

k8s 的节点可以按照 Capacity 调度。默认情况下 pod 能够使用节点全部可用容量。这是个问题，因为节点自己通常运行了不少驱动 OS 和 k8s 的系统守护进程（system daemons）。除非为这些系统守护进程留出资源，否则它们将与 pod 争夺资源并导致节点资源短缺问题。

kubelet 公开了一个名为 Node Allocatable 的特性，有助于为系统守护进程预留计算资源。k8s 推荐集群管理员按照每个节点上的工作负载密度配置 Node Allocatable。

# Node Allocatable

      Node Capacity
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|     kube-reserved       |
|-------------------------|
|     system-reserved     |
|-------------------------|
|    eviction-threshold   |
|-------------------------|
|                         |
|      allocatable        |
|   (available for pods)  |
|                         |
|                         |
---------------------------

k8s 节点上的 Allocatable 被定义为 pod 可用计算资源量。调度器不会超额申请 Allocatable。目前支持 CPU, memory 和 storage 这几个参数。

Node Allocatable 暴露为 API 中 v1.Node 对象的一部分，也是 CLI 中 kubectl describe node 的一部分。

在 kubelet 中，可以为两类系统守护进程预留资源。

# 启用 QoS 和 Pod 级别的 cgroups

为了恰当的在节点范围实施 node allocatable，您必须通过 --cgroups-per-qos 标志启用新的 cgroup 层次结构。这个标志是默认启用的。启用后，kubelet 将在其管理的 cgroup 层次结构中创建所有终端用户的 pod。

# 配置 cgroup 驱动

kubelet 支持在主机上使用 cgroup 驱动操作 cgroup 层次结构。驱动通过 --cgroup-driver 标志配置。

支持的参数值如下：

  • cgroupfs 是默认的驱动，在主机上直接操作 cgroup 文件系统以对 cgroup 沙箱进行管理。
  • systemd 是可选的驱动，使用 init 系统支持的资源的瞬时切片管理 cgroup 沙箱。

取决于相关容器运行时（container runtime）的配置，操作员可能需要选择一个特定的 cgroup 驱动来保证系统正常运行。例如如果操作员使用 docker 运行时提供的 cgroup 驱动时，必须配置 kubelet 使用 systemd cgroup 驱动。

# Kube Reserved

  • Kubelet Flag: --kube-reserved=cpu=100mmemory=100Mi[storage=1Gi]
  • Kubelet Flag: --kube-reserved-cgroup=

kube-reserved 是为了给诸如 kubelet、container runtime、node problem detector 等 k8s 系统守护进程争取资源预留。这并不代表要给以 pod 形式运行的系统守护进程保留资源。kube-reserved 通常是节点上的一个 pod 密度（pod density） 功能。 这个性能仪表盘 从 pod 密度的多个层面展示了 kubelet 和 docker engine 的 cpu 和 memory 使用情况。

要选择性的在系统守护进程上执行 kube-reserved，需要把 kubelet 的 --kube-reserved-cgroup 标志的值设置为 kube 守护进程的父控制组。

推荐将 k8s 系统守护进程放置于顶级控制组之下（例如 systemd 机器上的 runtime.slice）。理想情况下每个系统守护进程都应该在其自己的子控制组中运行。请参考这篇文档，获取更过关于推荐控制组层次结构的细节。

请注意，如果 --kube-reserved-cgroup 不存在，Kubelet 将不会创建它。如果指定了一个无效的 cgroup，Kubelet 将会失败。

# 系统预留值（System Reserved）

  • Kubelet Flag: --system-reserved=cpu=100mimemory=100Mi[storage=1Gi]
  • Kubelet Flag: --system-reserved-cgroup=

system-reserved 用于为诸如 sshd、udev 等系统守护进程争取资源预留。system-reserved 也应该为 kernel 预留 内存，因为目前 kernel 使用的内存并不记在 k8s 的 pod 上。同时还推荐为用户登录会话预留资源（systemd 体系中的 user.slice）。

要想在系统守护进程上可选地执行 system-reserved，请指定 --system-reserved-cgroup kubelet 标志的值为 OS 系统守护进程的父级控制组。

推荐将 OS 系统守护进程放在一个顶级控制组之下（例如 systemd 机器上的 system.slice）。

请注意，如果 --system-reserved-cgroup 不存在，Kubelet 不会创建它。如果指定了无效的 cgroup，Kubelet 将会失败。

# 驱逐阈值（Eviction Thresholds）

  • Kubelet Flag: --eviction-hard=[memory.available<500Mi]

节点级别的内存压力将导致系统内存不足（System OOMs），这将影响到整个节点及其上运行的所有 pod。节点可以暂时离线直到内存已经回收为止。为了防止（或减少可能性）系统内存不足，kubelet 提供了 资源不足（Out of Resource） 管理。驱逐（Eviction）操作只支持 memory 和 storage。通过 --eviction-hard 标志预留一些内存后，当节点上的可用内存降至保留值以下时，kubelet 将尝试 驱逐 pod。假设，如果节点上不存在系统守护进程，pod 将不能使用超过 capacity-eviction-hard 的资源。因此，为驱逐而预留的资源对 pod 是不可用的。

# 执行节点 Allocatable

  • Kubelet Flag: --enforce-node-allocatable=pods,,

调度器将 Allocatable 按 pod 的可用 capacity 对待。

kubelet 默认在 pod 中执行 Allocatable。无论何时，如果所有 pod 的总用量超过了 Allocatable，驱逐 pod 的措施将被执行。有关驱逐策略的更多细节可以在 这里 找到。请通过设置 kubelet --enforce-node-allocatable 标志值为 pods 控制这个措施。

可选的，通过在相同标志中同时指定 kube-reserved 和 system-reserved 值能够使 kubelet 执行 kube-reserved 和 system-reserved。请注意，要想执行 kube-reserved 或者 system-reserved 时，需要分别指定 --kube-reserved-cgroup 或者 --system-reserved-cgroup。

# 一般原则

系统守护进程期望被按照类似 Guaranteed pod 一样对待。系统守护进程可以在其范围控制组中爆发式增长，您需要将这个行为作为 k8s 部署的一部分进行管理。例如，kubelet 应该有它自己的控制组并和容器运行时（container runtime）共享 Kube-reserved 资源。然而，如果执行了 kube-reserved，则 kubelet 不能突然爆发并耗尽节点的所有可用资源。

在执行 system-reserved 预留操作时请加倍小心，因为它可能导致节点上的关键系统服务 CPU 资源短缺或因为内存不足（OOM）而被终止。

  • 在 pods 上执行 Allocatable 作为开始。
  • 一旦足够用于追踪系统守护进程的监控和告警的机制到位，请尝试基于用量探索（usage heuristics）方式执行 kube-reserved。
  • 随着时间推进，如果绝对必要，可以执行 system-reserved。

随着时间的增长以及越来越多特性的加入，kube 系统守护进程对资源的需求可能也会增加。以后 k8s 项目将尝试减少对节点系统守护进程的利用，但目前那并不是优先事项。所以，请期待在将来的发布中将 Allocatable 容量降低。

# 示例场景

这是一个用于说明节点 Allocatable 计算方式的示例：

  • 节点拥有 32Gi 内存，16 核 CPU 和 100Gi 存储
  • --kube-reserved 设置为 cpu=1,memory=2Gi,storage=1Gi
  • --system-reserved 设置为 cpu=500m,memory=1Gi,storage=1Gi
  • --eviction-hard 设置为 memory.available<500Mi,nodefs.available<10%

在这个场景下，Allocatable 将会是 14.5 CPUs、28.5Gi 内存以及 98Gi 存储。调度器保证这个节点上的所有 pod 请求的内存总量不超过 28.5Gi，存储不超过 88Gi。当 pod 的内存使用总量超过 28.5Gi 或者磁盘使用总量超过 88Gi 时，Kubelet 将会驱逐它们。如果节点上的所有进程都尽可能多的使用 CPU，则 pod 加起来不能使用超过 14.5 CPUs 的资源。

当没有执行 kube-reserved 和/或 system-reserved 且系统守护进程使用量超过其预留时，如果节点内存用量高于 31.5Gi 或存储大于 90Gi，kubelet 将会驱逐 pod。

# 可用特性

截至 k8s 1.2 版本，已经可以可选的指定 kube-reserved 和 system-reserved 预留。当在相同的发布中都可用时，调度器将转为使用 Allocatable 替代 Capacity。

截至 k8s 1.6 版本，eviction-thresholds 是通过计算 Allocatable 进行考虑。要使用旧版本的行为，请设置 --experimental-allocatable-ignore-eviction kubelet 标志为 true。

截至 k8s 1.6 版本，kubelet 使用控制组在 pod 上执行 Allocatable。要使用旧版本行为，请取消设置 --enforce-node-allocatable kubelet 标志。请注意，除非 --kube-reserved 或者 --system-reserved 或者 --eviction-hard 标志没有默认参数，否则 Allocatable 的实施不会影响已经存在的 deployment。

截至 k8s 1.6 版本，kubelet 在 pod 自己的 cgroup 沙箱中启动它们，这个 cgroup 沙箱在 kubelet 管理的 cgroup 层次结构中的一个独占部分中。在从前一个版本升级 kubelet 之前，要求操作员 drain 节点，以保证 pod 及其关联的容器在 cgroup 层次结构中合适的部分中启动。

截至 k8s 1.7 版本，kubelet 支持指定 storage 为 kube-reserved 和 system-reserved 的资源。

Last Updated: 6/17/2023, 6:57:19 PM

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