k8s资源需求及资源限制

 

在k8s上，可由容器或pod请求或消费的计算资源时指cpu和内存，这也是目前仅有的受支持的两种类型。相比较来说，cpu属于可压缩资源，即资源额度可按需收缩，而内存则是不可压缩型资源，对其执行收缩操作可能会导致某种程度的问题。

目前来说，资源隔离尚且属于容器级别，cpu和内存资源的配置需要在pod中的容器上运行，每种资源均可由request属性定义其请求的确保可用值，即容器运行可能用不到这些额度的资源，但用到的时候必须要确保有如此多的资源可用，而limits属性则用于吸纳子资源可用的最大值，即硬限制。通常把资源配置称作pod资源的请求和限制，只不过它是pod内所有容器上某种类型资源的请求和限制的总和。

在k8s系统上，1个单位的cpu相当于虚拟机上的1颗cpu（vcpu）或物理机上的一个超线程或逻辑cpu，它支持分数计量方式，一个核心相当于1000个微核心，因此500m相当于是0.5个核心，内存的计量方式与日常使用方式相同，默认单位是字节，也可以使用E、P、T、G、M和K作为单位后缀。

一、资源需求

自主式pod要求为stress容器确保128M的内存及五分之一个cpu核心资源可用，它运行stress-ng镜像启动一个进程进行内存性能压力测试，满载测试时它也会尽可能多地占用cpu资源，另外再启动一个专用的cpu压力测试进程。stress-ng是一个多功能系统压力测试工具，master/worker模型，master为主进程，负责生成和控制子进程，worker是负责执行各类特定测试的子进程。

集群中的每个节点都拥有定量的cpu和内存资源，调度pod时，仅那些被请求资源的余量可容纳当前调度的pod的请求量的节点才可作为目标节点。也就是说，k8s的调度器会根据容器的requests属性中定义的资源需求量来判定仅哪些节点可接受运行相关的pod资源，而对于一个节点的资源来说，每运行一个pod对象，其requestes中定义的请求量都要被预留，直到被所有pod对象瓜分完毕为止。

二、资源限制

容器的资源需求仅能达到为其保证可用的最少资源量的目的，它并不会限制容器的可用资源上限，因此对因应用程序自身存在bug等多种原因而导致的系统资源被长期占用的情况则无计可施，这就需要通过limits属性定义资源的最大可用量。资源分配时，可压缩型资源cpu的控制阈可自由调节，容器进程无法获得超出其cpu配额的可用时间。不过，如果进程申请分配超出其limits属性定义的硬限制的内存资源时，它将被OOM killer杀死。不过，随后可能会被其控制进程所重启。例如，容器进程的pod对象会被杀死并重启（重启策略为always或onfailure时），或者是容器进程的子进程被其父进程所重启。

与requests不同的是，limits并不会影响pod的调度结果，也就是说，一个节点上的说有pod对象的limits数量之和可以大于节点所拥有的资源量，即支持资源的过载使用。不过，这么一来一旦资源耗尽，尤其是内存资源耗尽，则必然会有容器因OOMKilled而终止。另外，k8s仅会确保pod能够获得他们请求的cpu时间额度，他们能否获得额外的cpu时间，则取决于其他正在运行的作业对cpu资源的占用情况。例如，对于总数为1000m的cpu来说，容器a请求使用200m，容器b请求使用500m，在不超出它们各自的最大限额的前提下，余下的300m在双方都需要时会以2:5的方式进行配置。

三、容器的可见资源

于容器中运行top等命令观察资源可用量信息时，即便定义了requests和limits属性，虽然其可用资源受限于此两个属性的定义，但容器中可见的资源量依然是节点级别的可用总量。

四、pod的服务质量类别

k8s允许节点资源对limits的过载使用，这意味着节点无法同时满足其上的所有pod对象以资源满载的方式运行。于是，在内存资源紧缺时，应该以何种次序先后终止哪些pod对象？k8s无法自行对此做出决策，它需要借助于pod对象的优先级完成判定。根据pod对象的requests和limits属性，k8s将pod对象归类到BestEffort、Burstable和Guaranteed三个服务质量类别下，具体如下：

Guaranteed：每个容器都为cpu资源设置了具有相同值的requests和limits属性，以及每个容器都为内存资源设置了具有相同值的requests和limits属性的pod资源会自动归属于此类别，这类pod资源具有最高优先级.

Burstable：至少有一个容器设置了cpu或内存资源的requests属性，但不满足Guaranteed类别要求的pod资源将自动归属此类别，它们具有中等优先级。

BestEffort：未为任何一个容器设置requests和limits属性的pod资源将自动归属于此类别，它们的优先级为最低级别。

内存资源紧缺时，BestEfford类别的容器将首当其冲地终止，因为系统不为其提供任何级别的资源保证，但换来的好处是，它们能够在可用时做到尽可能多地占用资源。若已然不存在BestEfford类别的容器，则接下来是有着中等优先级的Burstable类别的pod被终止。Guaranteed类别的容器拥有最高优先级，它们不会被杀死，除非其内存资源需求超限，或者OOM时没有其他更低优先级的pod资源存在。

每个运行状态的容器都有其OOM得分，得分越高越会被优先杀死。OOM得分主要根据两个维度进行计算：由QoS类别继承而来的默认分值和容器的可用内存资源比例。同等类别的pod资源的默认分值相同。同等级别优先级的pod资源在OOM时，与自身requests属性相比，其内存占用比例最大的pod对象将被首先杀死。需要特别说明的是，OOM是内存耗尽时的处理机制，它们与可压缩型资源cpu无关，因此cpu资源的需求无法得到保证时，pod仅仅是暂时获取不到相应的资源而已。