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Kubernetes是一個(gè)容器集群管理平臺，Kubernetes需要統(tǒng)計(jì)整體平臺的資源使用情況，合理地將資源分配給容器使用，并且要保證容器生命周期內(nèi)有足夠的資源來保證其運(yùn)行。 同時(shí)，如果資源發(fā)放是獨(dú)占的，即資源已發(fā)放給了個(gè)容器，同樣的資源不會發(fā)放給另外一個(gè)容器，對于空閑的容器來說占用著沒有使用的資源比如CPU是非常浪費(fèi)的，Kubernetes需要考慮如何在優(yōu)先度和公平性的前提下提高資源的利用率。為了實(shí)現(xiàn)資源被有效調(diào)度和分配同時(shí)提高資源的利用率，Kubernetes采用Request和Limit兩種限制類型來對資源進(jìn)行分配。

一、kubenerters中Request和Limit限制方式說明

Request: 容器使用的最小資源需求，作為容器調(diào)度時(shí)資源分配的判斷依賴。只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)上可分配資源量>=容器資源請求數(shù)時(shí)才允許將容器調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)。但Request參數(shù)不限制容器的***可使用資源。

Limit: 容器能使用資源的資源的***值，設(shè)置為0表示使用資源無上限。

Request能夠保證Pod有足夠的資源來運(yùn)行，而Limit則是防止某個(gè)Pod***制地使用資源，導(dǎo)致其他Pod崩潰。兩者之間必須滿足關(guān)系: 0<=Request<=Limit<=Infinity (如果Limit為0表示不對資源進(jìn)行限制，這時(shí)可以小于Request)

在騰訊云容器服務(wù)(CCS)中，可以在創(chuàng)建服務(wù)，在容器編輯欄中點(diǎn)擊顯示高級設(shè)置，在高級設(shè)置中進(jìn)行CPU和Memory的Request和Limit設(shè)置。目前CPU支持設(shè)置Request和Limit，用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)的調(diào)整Request和Limit的比例關(guān)系。Memory目前只支持設(shè)置Request，Limit必須強(qiáng)制等于Request，這樣確保容器不會因?yàn)閮?nèi)存的使用量超過了Request但沒有超過Limit的情況下被意外的Kill掉。

二、kubenerters中Request和Limit使用示例

一個(gè)簡單的示例說明Request和Limit的作用，測試集群包括一個(gè)4U4G的節(jié)點(diǎn)。已經(jīng)部署的兩個(gè)Pod(1,2)，每個(gè)Pod的資源設(shè)置為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (1U, 2U, 1G,1G).

節(jié)點(diǎn)上CPU和內(nèi)存的資源使用情況如下圖所示：

已經(jīng)分配的CPU資源為：1U(分配Pod1)+1U(分配Pod2)=2U，剩余可以分配的CPU資源為2U

已經(jīng)分配的內(nèi)存資源為：1G(分配Pod1)+1G(分配Pod2)=2G，剩余可以分配的內(nèi)存資源為2G

所以該節(jié)點(diǎn)可以再部署一個(gè)(CPU Requst, Memory Requst)=(2U,2G)的Pod部署，或者部署2個(gè)(CPU Requst, Memory Requst)=(1U,1G)的Pod部署

在資源限制方面，每個(gè)Pod1和Pod2使用資源的上限為(2U,1G)，即在資源空閑的情況下，Pod使用CPU的量***能達(dá)到2U，使用內(nèi)存的***量為1G。從CPU資源的角度，對于資源使用上線為2U的Pod，通過設(shè)置Request為1U，實(shí)現(xiàn)了2倍數(shù)量的Pod的部署，提高了資源的使用效率。

另外一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)的例子來進(jìn)一步說明Request和Limit的作用，主要說明Request和Limit都為0的Pod對提高資源使用率的作用。測試集群仍然包含有一個(gè)4U4G的Pod。集群中已經(jīng)部署了四個(gè)Pod(1~4)，每個(gè)Pod的資源設(shè)置為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (1U, 2U, 512M,512M)。

此時(shí)節(jié)點(diǎn)上CPU和內(nèi)存的資源使用情況如下圖所示：

此時(shí)按照Request的需求，已經(jīng)沒有可以供分配的CPU資源。但由于Pod1~4業(yè)務(wù)負(fù)載比較低，造成節(jié)點(diǎn)上CPU使用率較低，造成了資源的浪費(fèi)。這的時(shí)候可以通過將Request設(shè)置為0來實(shí)現(xiàn)對資源使用率的進(jìn)一步提高。在此節(jié)點(diǎn)上部署4個(gè)資源限制為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (0U, 0U, 512M,512M)。資源的使用情況如下圖所示：

Pod(5~8)能夠在Pod(1~4)空閑時(shí)，使用節(jié)點(diǎn)上剩余的CPU資源，從而進(jìn)一步提高資源的使用率。

三、kubenerters中資源的搶占

Kubernetes中資源通過Request和Limit的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)容器對資源的更高效的使用。在如果多個(gè)容器同時(shí)對資源進(jìn)行充分利用，資源使用盡量的接近Limit。這個(gè)時(shí)候Node節(jié)點(diǎn)上的資源總量要小于所有Pod中Limit的總會，就會發(fā)生資源搶占。

對于資源搶占的情況，Kubernetes根據(jù)資源能不能進(jìn)行伸縮進(jìn)行分類，分為可壓縮資源和不可以壓縮資源。CPU資源--是現(xiàn)在支持的一種可壓縮資源。內(nèi)存資源和磁盤資源為現(xiàn)在支持的不可壓縮資源。

可壓縮資源的搶占策略---按照Requst的比值進(jìn)行分配

例如在示例一種，假設(shè)在部署了Pod(1,2)的基礎(chǔ)上，又部署了資源限制和Pod1相同的兩個(gè)容器Pod(3,4)。這個(gè)時(shí)候，節(jié)點(diǎn)上的資源模型為。

假設(shè)四個(gè)Pod同時(shí)負(fù)載變高，CPU使用量超過1U，這個(gè)時(shí)候每個(gè)Pod將會按照各自的Request設(shè)置按比例分占CPU調(diào)度的時(shí)間片。在示例中，由于4個(gè)Pod設(shè)置的Request都為1U，發(fā)生資源搶占時(shí)，每個(gè)Pod分到的CPU時(shí)間片為1U/(1U×4)，實(shí)際占用的CPU核數(shù)為1U。在搶占發(fā)生時(shí)，Limit的值對CPU時(shí)間片的分配為影響，在本例中如果條件容器Limit值的設(shè)置，搶占情況下CPU分配的比例保持不變。

不可壓縮資源的搶占策略---按照優(yōu)先級的不同，進(jìn)行Pod的驅(qū)逐

對于不可壓縮資源，如果發(fā)生資源搶占，則會按照優(yōu)先級的高低進(jìn)行Pod的驅(qū)逐。驅(qū)逐的策略為： 優(yōu)先驅(qū)逐Request=Limit=0的Pod，其次驅(qū)逐0<Request<Limit<Infinity (Limit為0的情況也包括在內(nèi))。 0<Request==Limit的Pod的會被保留，除非出現(xiàn)刪除其他Pod后，節(jié)點(diǎn)上剩余資源仍然沒有達(dá)到Kubernetes需要的剩余資源的需求。

由于對于不可壓縮資源，發(fā)生搶占的情況會出Pod被意外Kill掉的情況，所以建議對于不可以壓縮資源(Memory，Disk)的設(shè)置成0<Request==Limit。

針對內(nèi)存搶占，本文進(jìn)行了一次小的測試，示例中依次部署了Pod(1~3)單個(gè)Pod。節(jié)點(diǎn)中資源的示例圖為：

步驟1: 部署Pod1，資源參數(shù)為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (2U, 2U, 2G,2G)，此時(shí)Pod1中進(jìn)程使用1.9G內(nèi)存，Pod1運(yùn)行依然正常。

步驟2: 部署Pod2，資源參數(shù)為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (1U, 1U, 1G,2G)，此時(shí)Pod2中進(jìn)程使用0.9G內(nèi)存，程序運(yùn)行正常。超過1G，小于2G時(shí)程序運(yùn)行正常，但超過2G程序異常。

步驟3: 部署Pod3，資源參數(shù)為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (1U, 1U, 0G,0)。此時(shí)保持Pod1中進(jìn)程使用內(nèi)存為1.9G，Pod2中內(nèi)存使用為0.9G，pod3搶占內(nèi)存，搶占內(nèi)存大小為2G。這時(shí)，Pod3***會出現(xiàn)因內(nèi)存不足異常的情況。同時(shí)Pod2有時(shí)也會出現(xiàn)內(nèi)存不足異常的情況。但Pod1一直能夠正常運(yùn)行

步驟4：修改Pod2的參數(shù)為(CPU Requst,CPU Limit,Memory Requst, Memory Limit)= (1U, 1U, 1G,1G)，仍然保持步驟3中資源的使用量。這時(shí)Pod3仍然***出現(xiàn)內(nèi)存不足而異常的情況，但Pod1和Pod2一直運(yùn)行正常。

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【本文是51CTO專欄作者“騰訊云技術(shù)社區(qū)”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過51CTO聯(lián)系原作者獲取授權(quán)】

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