记录一次K8s pod被杀的排查过程

问题描述

今天下午运维反馈说我们这一个pod一天重启了8次，需要排查下原因。一看Kiban日志，jvm没有抛出过任何错误，服务就直接重启了。显然是进程被直接杀了，初步判断是pod达到内存上限被K8s oomkill了。
因为我们xmx和xsx设置的都是3G，而pod的内存上限设置的是6G，所以出现这种情况还挺诡异的。

排查过程

初步定位

先找运维拉了一下pod的描述，关键信息在这里

Containers:
  container-prod--:
    Container ID:   --
    Image:          --
    Image ID:       docker-pullable://--
    Port:           8080/TCP
    Host Port:      0/TCP
    State:          Running
      Started:      Fri, 05 Jan 2024 11:40:01 +0800
    Last State:     Terminated
      Reason:       Error
      Exit Code:    137
      Started:      Fri, 05 Jan 2024 11:27:38 +0800
      Finished:     Fri, 05 Jan 2024 11:39:58 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  8
    Limits:
      cpu:     8
      memory:  6Gi
    Requests:
      cpu:        100m
      memory:     512Mi

• 可以看到Last State：Terminated，Exit Code: 137。这个错误码表示的是pod进程被SIGKILL给杀掉了。一般情况下是因为pod达到内存上限被k8s杀了。
  因此得出结论是生产环境暂时先扩大下pod的内存限制，让服务稳住。然后再排查为啥pod里会有这么多的堆外内存占用。

进一步分析

但是运维反馈说无法再扩大pod的内存限制，因为宿主机的内存已经占到了99%了。
然后结合pod的内存监控，发现pod被杀前的内存占用只到4G左右，没有达到上限的6G，pod就被kill掉了。

于是问题就来了，为啥pod没有达到内存上限就被kill了呢。
带着疑问，我开始在google里寻找答案，也发现了一些端倪：

• 如果是pod内存达到上限被kill，pod的描述里会写Exit Code: 137，但是Reason不是Error，而是OOMKilled
• 宿主机内存已经吃满，会触发k8s的保护机制，开始evict一些pod来释放资源
• 但是为什么整个集群里，只有这个pod被反复evict，其他服务没有影响？

谜题解开

最终还是google给出了答案：
Why my pod gets OOMKill (exit code 137) without reaching threshold of requested memory

链接里的作者遇到了和我一样的情况，pod还没吃到内存上限就被杀了，而且也是：

  Last State:     Terminated
      Reason:       Error
      Exit Code:    137

作者最终定位的原因是因为k8s的QoS机制，在宿主机资源耗尽的时候，会按照QoS机制的优先级，去杀掉pod来释放资源。

什么是k8s的QoS？

QoS，指的是Quality of Service，也就是k8s用来标记各个pod对于资源使用情况的质量,QoS会直接影响当节点资源耗尽的时候k8s对pod进行evict的决策。官方的描述在这里.

k8s会以pod的描述文件里的资源限制，对pod进行分级：

QoS	条件
Guaranteed	1. pod里所有的容器都必须设置cpu和内存的request和limit，2. pod里所有容器设置的cpu和内存的request和容器设置的limit必须相等(容器自身相等，不同容器可以不等)
Burstable	1. pod并不满足Guaranteed的条件，2. 至少有一个容器设置了cpu或者内存的request或者limit
BestEffort	pod里的所有容器，都没有设置任何资源的request和limit

当节点资源耗尽的时候，k8s会按照BestEffort->Burstable->Guaranteed这样的优先级去选择杀死pod去释放资源。

从上面运维给我们的pod描述可以看到，这个pod的资源限制是这样的:

    Limits:
      cpu:     8
      memory:  6Gi
    Requests:
      cpu:        100m
      memory:     512Mi

显然符合的是Burstable的标准，所以宿主机内存耗尽的情况下，如果其他服务都是Guaranteed，那自然会一直杀死这个pod来释放资源，哪怕pod本身并没有达到6G的内存上限。

QoS相同的情况下，按照什么优先级去Evict？

但是和运维沟通了一下，我们集群内所有pod的配置，limit和request都是不一样的，也就是说，大家都是Burstable。所以为什么其他pod没有被evict，只有这个pod被反复evict呢？

QoS相同的情况，肯定还是会有evict的优先级的，只是需要我们再去寻找下官方文档。

关于Node资源耗尽时候的Evict机制，官方文档有很详细的描述。

其中最关键的一段是这个:

If the kubelet can't reclaim memory before a node experiences OOM, the oom_killer calculates an oom_score based on the percentage of memory it's using on the node, and then adds the oom_score_adj to get an effective oom_score for each container. It then kills the container with the highest score.

This means that containers in low QoS pods that consume a large amount of memory relative to their scheduling requests are killed first.

简单来说就是pod evict的标准来自oom_score，每个pod都会被计算出来一个oom_score，而oom_score的计算方式是：pod使用的内存占总内存的比例加上pod的oom_score_adj值。

oom_score_adj的值是k8s基于QoS计算出来的一个偏移值，计算方法：

QoS	oom_score_adj
Guaranteed	-997
BestEffort	1000
Burstable	min(max(2, 1000 - (1000 × memoryRequestBytes) / machineMemoryCapacityBytes), 999)

从这个表格可以看出：

• 首先是BestEffort->Burstable->Guaranteed这样的一个整体的优先级
• 然后都是Burstable的时候，pod实际占用内存/pod的request内存比例最高的，会被优先Evict

总结

至此已经可以基本上定位出Pod被反复重启的原因了：

• k8s节点宿主机内存占用满了，触发了Node-pressure Eviction
• 按照Node-pressure Eviction的优先级，k8s选择了oom_score最高的pod去evict
• 由于所有pod都是Burstable，并且设置的request memery都是一样的512M，因此内存占用最多的pod计算出来的oom_score就是最高的
• 所有pod中，这个服务的内存占用一直都是最高的，所以每次计算出来，最后都是杀死这个pod

那么如何解决呢？

• 宿主机内存扩容，不然杀死pod这样的事情无法避免，无非就是杀哪个的问题
• 对于关键服务的pod，要把request和limit设置为完全一致，让pod的QoS置为Guaranteed，尽可能降低pod被杀的几率