Kubernetes K8S之CPU和記憶體資源限制詳解

Pod資源限制

備注：CPU單位換算：100m CPU，100 milliCPU 和 0.1 CPU 都相同；精度不能超過 1m，1000m CPU = 1 CPU，

官網地址：

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/configure-pod-container/assign-cpu-resource/
https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/configure-pod-container/assign-memory-resource/

Kubernetes對資源的限制實際上是通過cgroup來控制的，cgroup是容器的一組用來控制內核如何運行行程的相關屬性集合，針對記憶體、CPU和各種設備都有對應的cgroup，

默認情況下，Pod運行沒有CPU和記憶體的限額，這意味著系統中的任何Pod將能夠像執行Pod所在節點機器一樣，可以消耗足夠多的CPU和記憶體，一般會針對某些應用的Pod資源進行資源限制，這個資源限制是通過resources的requests【要分配的資源】和limits【最大使用資源】來實作的，

# cat cpu-request-limit.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cpu-demo
  namespace: cpu-example
spec:
  containers:
  - name: cpu-demo-ctr
    image: vish/stress
    resources:
      limits:
        cpu: "1"
      requests:
        cpu: "0.5"
    args:
    - -cpus
    - "2"

組態檔的 args 部分提供了容器啟動時的引數，-cpus “2”引數告訴容器嘗試使用 2 個 CPU，

# memory-request-limit.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: memory-demo
  namespace: mem-example
spec:
  containers:
  - name: memory-demo-ctr
    image: polinux/stress
    resources:
      limits:
        memory: "200Mi"
      requests:
        memory: "100Mi"
    command: ["stress"]
    args: ["--vm", "1", "--vm-bytes", "150M", "--vm-hang", "1"]

組態檔的 args 部分提供了容器啟動時的引數， "--vm-bytes", "150M" 引數告知容器嘗試分配 150 MiB 記憶體，不允許args中的啟動記憶體大于limits限制記憶體，

namespace資源限制

備注：CPU單位換算：100m CPU，100 milliCPU 和 0.1 CPU 都相同；精度不能超過 1m，1000m CPU = 1 CPU，

官網地址：

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/manage-resources/

為命名空間配置記憶體和 CPU 配額

怎么為命名空間設定容器可用的記憶體和 CPU 總量，你可以通過 ResourceQuota 物件設定配額，使用 ResourceQuota 限制命名空間中所有容器的記憶體請求總量、記憶體限制總量、CPU 請求總量和CPU 限制總量，

如果你想對單個容器而不是所有容器進行限制，就請使用 LimitRange，

示例：

# cat quota-mem-cpu.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: mem-cpu-demo
spec:
  hard:
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi

應用如下【命名空間quota-mem-cpu-example已提前創建完畢】：

kubectl create -f quota-mem-cpu.yaml --namespace=quota-mem-cpu-example

查看 ResourceQuota 詳情：

kubectl get resourcequota mem-cpu-demo --namespace=quota-mem-cpu-example --output=yaml

輸出部分結果如下：

spec:
  hard:
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
status:
  hard:
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
  used:
    limits.cpu: "0"
    limits.memory: "0"
    requests.cpu: "0"
    requests.memory: "0"

ResourceQuota 在 quota-mem-cpu-example 命名空間中設定了如下要求：

• 每個容器必須有記憶體請求和限制，以及 CPU 請求和限制，
• 所有容器的記憶體請求總和不能超過1 GiB，
• 所有容器的記憶體限制總和不能超過2 GiB，
• 所有容器的 CPU 請求總和不能超過1 cpu，
• 所有容器的 CPU 限制總和不能超過2 cpu，

為命名空間配置默認的記憶體請求和限制

示例：

# cat memory-defaults.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: mem-limit-range
spec:
  limits:
  - default:
      memory: 512Mi
    defaultRequest:
      memory: 256Mi
    type: Container

default類似于之前的limit；defaultRequest類似于之前的request，

應用如下：

kubectl create -f memory-defaults.yaml --namespace=default-mem-example

命名空間default-mem-example已提前創建完畢

現在，如果在 default-mem-example 命名空間創建容器，并且該容器沒有宣告自己的記憶體請求和限制值，那么它將被指定一個默認的記憶體請求256 MiB和一個默認的記憶體限制512 Mib，

為命名空間配置默認的CPU請求和限制

示例：

# cpu-defaults.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: cpu-limit-range
spec:
  limits:
  - default:
      cpu: 1
    defaultRequest:
      cpu: 0.5
    type: Container

應用如下：

kubectl create -f cpu-defaults.yaml --namespace=default-cpu-example

其中default-cpu-example名稱空間已被提前創建

現在如果在 default-cpu-example 命名空間創建一個容器，該容器沒有宣告自己的 CPU 請求和限制時，那么將會給它指定默認的 CPU 請求0.5和默認的 CPU 限制值1，

配置命名空間的最小和最大記憶體約束

示例：

# 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

應用如下：

kubectl create -f memory-constraints.yaml --namespace=constraints-mem-example

其中constraints-mem-example名稱空間已被提前創建

查看 LimitRange 的詳情：

kubectl get limitrange mem-min-max-demo-lr --namespace=constraints-mem-example --output=yaml

輸出顯示預期的最小和最大記憶體約束，但請注意，即使您沒有在 LimitRange 的組態檔中指定默認值，默認值也會被自動創建，

  limits:
  - default:
      memory: 1Gi
    defaultRequest:
      memory: 1Gi
    max:
      memory: 1Gi
    min:
      memory: 500Mi
    type: Container

現在，只要在 constraints-mem-example 命名空間中創建容器，Kubernetes 就會執行下面的步驟：

• 如果 Container 未指定自己的記憶體請求和限制，將為它指定默認的記憶體請求和限制，
• 驗證 Container 的記憶體請求是否大于或等于500 MiB【超出范圍容器創建失敗】，
• 驗證 Container 的記憶體限制是否小于或等于1 GiB【超出范圍容器創建失敗】，

配置命名空間的最小和最大CPU約束

示例：

# cpu-constraints.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: cpu-min-max-demo-lr
spec:
  limits:
  - max:
      cpu: "800m"
    min:
      cpu: "200m"
    type: Container

應用如下：

kubectl create -f cpu-constraints.yaml --namespace=constraints-cpu-example

其中constraints-cpu-example名稱空間已被提前創建

查看 LimitRange 詳情：

kubectl get limitrange cpu-min-max-demo-lr --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example

輸出結果顯示 CPU 的最小和最大限制符合預期，但需要注意的是，盡管你在 LimitRange 的組態檔中你沒有宣告默認值，默認值也會被自動創建，

limits:
- default:
    cpu: 800m
  defaultRequest:
    cpu: 800m
  max:
    cpu: 800m
  min:
    cpu: 200m
  type: Container

現在不管什么時候在 constraints-cpu-example 命名空間中創建容器，Kubernetes 都會執行下面這些步驟：

• 如果容器沒有宣告自己的 CPU 請求和限制，將為容器指定默認 CPU 請求和限制，
• 核查容器宣告的 CPU 請求確保其大于或者等于200 millicpu，
• 核查容器宣告的 CPU 限制確保其小于或者等于800 millicpu，

配置命名空間下pod總數

示例：

# cat quota-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: pod-demo
spec:
  hard:
    pods: "2"

應用如下【命名空間quota-pod-example已提前創建完畢】：

kubectl apply -f quota-pod.yaml --namespace=quota-pod-example

查看資源配額的詳細資訊：

kubectl get resourcequota pod-demo --namespace=quota-pod-example --output=yaml

從輸出的資訊我們可以看到，該命名空間下pod的配額是2個，目前創建的pods數為0，配額使用率為0，

spec:
  hard:
    pods: "2"
status:
  hard:
    pods: "2"
  used:
    pods: "0"

相關閱讀

1、官網：Pod的CPU資源分配限制

2、官網：Pod的記憶體資源分配限制

3、官網：管理記憶體、CPU 和 API 資源

完畢！