超哥 kubernetes资源配额详解
文章目录
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- 1. 资源配额（ResourceQuota）
- 1.1. 启动资源配额
- 1.2. 计算资源配额
- 1.3. 存储资源配额
- 1.4. 对象数量的配额
- 1.5. 限额的作用域
- 1.6. request和limit
- 1.7. 查看和设置配额
- 1.8. 配额和集群容量
- 2. Pod限额（LimitRange）
- 2.1. 为namespace配置CPU和内存的默认值
- 2.1.1. namespace的内存默认值
- 2.1.2. namespace的CPU默认值
- 2.1.3 说明
- 2.2. 为namespace配置CPU和内存的最大最小值
- 2.2.1. 内存的最大最小值
- 2.2.2. CPU的最大最小值
- 2.2.3. 说明
- 2.1. 为namespace配置CPU和内存的默认值
- 3. Resource Quality of Service
- 3.1. 资源QoS简介
- 3.2. Requests and Limits
- 3.2.1. 可压缩的资源
- 3.2.2. 不可压缩的资源
- 3.3. QoS 级别
- 3.3.1. Guaranteed
- 3.3.2. Burstable
- 3.3.3. Best-Effort
1. 资源配额（ResourceQuota）
ResourceQuota对象用来定义某个命名空间下所有资源的使用限额，其实包括：
- 计算资源的配额
- 存储资源的配额
- 对象数量的配额
如果集群的总容量小于命名空间的配额总额，可能会产生资源竞争。这时会按照先到先得来处理。
资源竞争和配额的更新都不会影响已经创建好的资源。
1.1. 启动资源配额
Kubernetes 的众多发行版本默认开启了资源配额的支持。当在apiserver的–admission-control配置中添加ResourceQuota参数后，便启用了。 当一个命名空间中含有ResourceQuota对象时，资源配额将强制执行。
1.2. 计算资源配额
可以在给定的命名空间中限制可以请求的计算资源（compute resources）的总量。
1.3. 存储资源配额
可以在给定的命名空间中限制可以请求的存储资源（storage resources）的总量。
1.4. 对象数量的配额
例如：可以定义pod的限额来避免某用户消耗过多的Pod IPs。
1.5. 限额的作用域
1.6. request和limit
当分配计算资源时，每个容器可以为cpu或者内存指定一个请求值和一个限度值。可以配置限额值来限制它们中的任何一个值。
如果指定了requests.cpu 或者 requests.memory的限额值，那么就要求传入的每一个容器显式的指定这些资源的请求。如果指定了limits.cpu或者limits.memory，那么就要求传入的每一个容器显式的指定这些资源的限度。
1.7. 查看和设置配额
# 创建namespace $ kubectl create namespace myspace # 创建resourcequota $ cat <<EOF > compute-resources.yaml apiVersion: v1 kind: ResourceQuota metadata: name: compute-resources spec: hard: pods: "4" requests.cpu: "1" requests.memory: 1Gi limits.cpu: "2" limits.memory: 2Gi EOF $ kubectl create -f ./compute-resources.yaml --namespace=myspace # 查询resourcequota $ kubectl get quota --namespace=myspace NAME AGE compute-resources 30s # 查询resourcequota的详细信息 $ kubectl describe quota compute-resources --namespace=myspace Name: compute-resources Namespace: myspace Resource Used Hard -------- ---- ---- limits.cpu 0 2 limits.memory 0 2Gi pods 0 4 requests.cpu 0 1 requests.memory 0 1Gi 1.8. 配额和集群容量
资源配额对象与集群容量无关，它们以绝对单位表示。即增加节点的资源并不会增加已经配置的namespace的资源。
2. Pod限额（LimitRange）
ResourceQuota对象是限制某个namespace下所有Pod(容器)的资源限额
LimitRange对象是限制某个namespace单个Pod(容器)的资源限额
LimitRange对象用来定义某个命名空间下某种资源对象的使用限额，其中资源对象包括：Pod、Container、PersistentVolumeClaim。
2.1. 为namespace配置CPU和内存的默认值
如果在一个拥有默认内存或CPU限额的命名空间中创建一个容器，并且这个容器未指定它自己的内存或CPU的limit， 它会被分配这个默认的内存或CPU的limit。既没有设置pod的limit和request才会分配默认的内存或CPU的request。
2.1.1. namespace的内存默认值
# 创建namespace $ kubectl create namespace default-mem-example # 创建LimitRange $ cat memory-defaults.yaml apiVersion: v1 kind: LimitRange metadata: name: mem-limit-range spec: limits: - default: memory: 512Mi defaultRequest: memory: 256Mi type: Container $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-defaults.yaml --namespace=default-mem-example # 创建Pod,未指定内存的limit和request $ cat memory-defaults-pod.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: default-mem-demo spec: containers: - name: default-mem-demo-ctr image: nginx $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-defaults-pod.yaml --namespace=default-mem-example # 查看Pod $ kubectl get pod default-mem-demo --output=yaml --namespace=default-mem-example containers: - image: nginx imagePullPolicy: Always name: default-mem-demo-ctr resources: limits: memory: 512Mi requests: memory: 256Mi 2.1.2. namespace的CPU默认值
# 创建namespace $ kubectl create namespace default-cpu-example # 创建LimitRange $ cat cpu-defaults.yaml apiVersion: v1 kind: LimitRange metadata: name: cpu-limit-range spec: limits: - default: cpu: 1 defaultRequest: cpu: 0.5 type: Container $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-defaults.yaml --namespace=default-cpu-example # 创建Pod，未指定CPU的limit和request $ cat cpu-defaults-pod.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: default-cpu-demo spec: containers: - name: default-cpu-demo-ctr image: nginx $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-defaults-pod.yaml --namespace=default-cpu-example # 查看Pod $ kubectl get pod default-cpu-demo --output=yaml --namespace=default-cpu-example containers: - image: nginx imagePullPolicy: Always name: default-cpu-demo-ctr resources: limits: cpu: "1" requests: cpu: 500m 2.1.3 说明
- 如果没有指定pod的request和limit，则创建的pod会使用LimitRange对象定义的默认值（request和limit）
- 如果指定pod的limit但未指定request，则创建的pod的request值会取limit的值，而不会取LimitRange对象定义的request默认值。
- 如果指定pod的request但未指定limit，则创建的pod的limit值会取LimitRange对象定义的limit默认值。
默认Limit和request的动机
如果命名空间具有资源配额（ResourceQuota）, 它为内存限额（CPU限额）设置默认值是有意义的。 以下是资源配额对命名空间施加的两个限制：
- 在命名空间运行的每一个容器必须有它自己的内存限额（CPU限额）。
- 在命名空间中所有的容器使用的内存总量（CPU总量）不能超出指定的限额。
如果一个容器没有指定它自己的内存限额（CPU限额），它将被赋予默认的限额值，然后它才可以在被配额限制的命名空间中运行。
2.2. 为namespace配置CPU和内存的最大最小值
2.2.1. 内存的最大最小值
创建LimitRange
# 创建namespace $ kubectl create namespace constraints-mem-example # 创建LimitRange $ cat memory-constraints.yaml apiVersion: v1 kind: LimitRange metadata: name: mem-min-max-demo-lr spec: limits: - max: memory: 1Gi min: memory: 500Mi type: Container $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints.yaml --namespace=constraints-mem-example # 查看LimitRange $ kubectl get limitrange cpu-min-max-demo --namespace=constraints-mem-example --output=yaml ... limits: - default: memory: 1Gi defaultRequest: memory: 1Gi max: memory: 1Gi min: memory: 500Mi type: Container ... # LimitRange设置了最大最小值，但没有设置默认值，也会被自动设置默认值。 创建符合要求的Pod
# 创建符合要求的Pod $ cat memory-constraints-pod.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-mem-demo spec: containers: - name: constraints-mem-demo-ctr image: nginx resources: limits: memory: "800Mi" requests: memory: "600Mi" $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints-pod.yaml --namespace=constraints-mem-example # 查看Pod $ kubectl get pod constraints-mem-demo --output=yaml --namespace=constraints-mem-example ... resources: limits: memory: 800Mi requests: memory: 600Mi ... 创建超过最大内存limit的pod
$ cat memory-constraints-pod-2.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-mem-demo-2 spec: containers: - name: constraints-mem-demo-2-ctr image: nginx resources: limits: memory: "1.5Gi" # 超过最大值 1Gi requests: memory: "800Mi" $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints-pod-2.yaml --namespace=constraints-mem-example # Pod创建失败，因为容器指定的limit过大 Error from server (Forbidden): error when creating "docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints-pod-2.yaml": pods "constraints-mem-demo-2" is forbidden: maximum memory usage per Container is 1Gi, but limit is 1536Mi. 创建小于最小内存request的Pod
$ cat memory-constraints-pod-3.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-mem-demo-3 spec: containers: - name: constraints-mem-demo-3-ctr image: nginx resources: limits: memory: "800Mi" requests: memory: "100Mi" # 小于最小值500Mi $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints-pod-3.yaml --namespace=constraints-mem-example # Pod创建失败，因为容器指定的内存request过小 Error from server (Forbidden): error when creating "docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints-pod-3.yaml": pods "constraints-mem-demo-3" is forbidden: minimum memory usage per Container is 500Mi, but request is 100Mi. 创建没有指定任何内存limit和request的pod
$ cat memory-constraints-pod-4.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-mem-demo-4 spec: containers: - name: constraints-mem-demo-4-ctr image: nginx $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/memory-constraints-pod-4.yaml --namespace=constraints-mem-example # 查看Pod $ kubectl get pod constraints-mem-demo-4 --namespace=constraints-mem-example --output=yaml ... resources: limits: memory: 1Gi requests: memory: 1Gi ... 容器没有指定自己的 CPU 请求和限制，所以它将从 LimitRange 获取默认的 CPU 请求和限制值。
2.2.2. CPU的最大最小值
创建LimitRange
# 创建namespace $ kubectl create namespace constraints-cpu-example # 创建LimitRange $ cat cpu-constraints.yaml apiVersion: v1 kind: LimitRange metadata: name: cpu-min-max-demo-lr spec: limits: - max: cpu: "800m" min: cpu: "200m" type: Container $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints.yaml --namespace=constraints-cpu-example # 查看LimitRange $ kubectl get limitrange cpu-min-max-demo-lr --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example ... limits: - default: cpu: 800m defaultRequest: cpu: 800m max: cpu: 800m min: cpu: 200m type: Container ... 创建符合要求的Pod
$ cat cpu-constraints-pod.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-cpu-demo spec: containers: - name: constraints-cpu-demo-ctr image: nginx resources: limits: cpu: "800m" requests: cpu: "500m" $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints-pod.yaml --namespace=constraints-cpu-example # 查看Pod $ kubectl get pod constraints-cpu-demo --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example ... resources: limits: cpu: 800m requests: cpu: 500m ... 创建超过最大CPU limit的Pod
$ cat cpu-constraints-pod-2.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-cpu-demo-2 spec: containers: - name: constraints-cpu-demo-2-ctr image: nginx resources: limits: cpu: "1.5" requests: cpu: "500m" $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints-pod-2.yaml --namespace=constraints-cpu-example # Pod创建失败，因为容器指定的CPU limit过大 Error from server (Forbidden): error when creating "docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints-pod-2.yaml": pods "constraints-cpu-demo-2" is forbidden: maximum cpu usage per Container is 800m, but limit is 1500m. 创建小于最小CPU request的Pod
$ cat cpu-constraints-pod-3.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-cpu-demo-4 spec: containers: - name: constraints-cpu-demo-4-ctr image: nginx resources: limits: cpu: "800m" requests: cpu: "100m" $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints-pod-3.yaml --namespace=constraints-cpu-example # Pod创建失败，因为容器指定的CPU request过小 Error from server (Forbidden): error when creating "docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints-pod-3.yaml": pods "constraints-cpu-demo-4" is forbidden: minimum cpu usage per Container is 200m, but request is 100m. 创建没有指定任何CPU limit和request的pod
$ cat cpu-constraints-pod-4.yaml apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: constraints-cpu-demo-4 spec: containers: - name: constraints-cpu-demo-4-ctr image: vish/stress $ kubectl create -f https://k8s.io/docs/tasks/administer-cluster/cpu-constraints-pod-4.yaml --namespace=constraints-cpu-example # 查看Pod kubectl get pod constraints-cpu-demo-4 --namespace=constraints-cpu-example --output=yaml ... resources: limits: cpu: 800m requests: cpu: 800m ... 容器没有指定自己的 CPU 请求和限制，所以它将从 LimitRange 获取默认的 CPU 请求和限制值。
2.2.3. 说明
LimitRange 在 namespace 中施加的最小和最大内存（CPU）限制只有在创建和更新 Pod 时才会被应用。改变 LimitRange 不会对之前创建的 Pod 造成影响。
Kubernetes 都会执行下列步骤：
- 如果容器没有指定自己的内存（CPU）请求（request）和限制（limit），系统将会为其分配默认值。
- 验证容器的内存（CPU）请求大于等于最小值。
- 验证容器的内存（CPU）限制小于等于最大值。
3. Resource Quality of Service
3.1. 资源QoS简介
request值表示容器保证可被分配到资源。limit表示容器可允许使用的最大资源。Pod级别的request和limit是其所有容器的request和limit之和。
3.2. Requests and Limits
Pod可以指定request和limit资源。其中0 <= request <=Node Allocatable & request <= limit <= Infinity。调度是基于request而不是limit，即如果Pod被成功调度，那么可以保证Pod分配到指定的 request的资源。Pod使用的资源能否超过指定的limit值取决于该资源是否可被压缩。
3.2.1. 可压缩的资源
- 目前只支持CPU
- pod可以保证获得它们请求的CPU数量，它们可能会也可能不会获得额外的CPU时间(取决于正在运行的其他作业)。因为目前CPU隔离是在容器级别而不是pod级别。
3.2.2. 不可压缩的资源
- 目前只支持内存
- pod将获得它们请求的内存数量，如果超过了它们的内存请求，它们可能会被杀死(如果其他一些pod需要内存)，但如果pod消耗的内存小于请求的内存，那么它们将不会被杀死(除非在系统任务或守护进程需要更多内存的情况下)。
3.3. QoS 级别
在机器资源超卖的情况下（limit的总量大于机器的资源容量），即CPU或内存耗尽，将不得不杀死部分不重要的容器。因此对容器分成了3个QoS的级别：Guaranteed,Burstable, Best-Effort，三个级别的优先级依次递减。
当CPU资源无法满足，pod不会被杀死可能被短暂控制。
内存是不可压缩的资源，当内存耗尽的情况下，会依次杀死优先级低的容器。Guaranteed的级别最高，不会被杀死，除非容器使用量超过limit限值或者资源耗尽，已经没有更低级别的容器可驱逐。
3.3.1. Guaranteed
所有的容器的limit值和request值被配置且两者相等（如果只配置limit没有request，则request取值于limit）。
例如：
# 示例1 containers: name: foo resources: limits: cpu: 10m memory: 1Gi name: bar resources: limits: cpu: 100m memory: 100Mi # 示例2 containers: name: foo resources: limits: cpu: 10m memory: 1Gi requests: cpu: 10m memory: 1Gi name: bar resources: limits: cpu: 100m memory: 100Mi requests: cpu: 100m memory: 100Mi 3.3.2. Burstable
如果一个或多个容器的limit和request值被配置且两者不相等。
例如：
# 示例1 containers: name: foo resources: limits: cpu: 10m memory: 1Gi requests: cpu: 10m memory: 1Gi name: bar # 示例2 containers: name: foo resources: limits: memory: 1Gi name: bar resources: limits: cpu: 100m # 示例3 containers: name: foo resources: requests: cpu: 10m memory: 1Gi name: bar 3.3.3. Best-Effort
所有的容器的limit和request值都没有配置。
例如：
containers: name: foo resources: name: bar resources: 原文出处：huweihuang -> http://www.huweihuang.com/article/kubernetes/kubernetes-resource/
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