Kubernetes教程

Kubernetes分配CPU资源

Kubernetes容器使用的 CPU 不能超过所配置的限制。 如果系统有空闲的 CPU 时间,则可以保证给容器分配其所请求数量的 CPU 资源。通过合理地设置这两个参数,我们可以为容器分配适当的CPU资源,从而保证其性能和稳定性。本教程展示如何为容器设置 CPU request(请求) 和 CPU limit(限制)。

一、准备

1、必须拥有一个 Kubernetes 的集群,同时必须配置 kubectl 命令行工具与集群通信。 建议在至少有两个不作为控制平面主机的节点的集群上运行本教程。 如果还没有集群,可以通过 Minikube 构建一个自己的集群,或者可以使用下面的 Kubernetes 练习环境之一:

  • Killercoda
  • 玩转 Kubernetes

2、要获知版本信息,请输入 kubectl version.

3、集群必须至少有 1 个 CPU 可用才能运行本任务中的示例。

4、本页的一些步骤要求在集群中运行 metrics-server 服务。如果集群中已经有正在运行的 metrics-server 服务,可以跳过这些步骤。

如果正在运行 Minikube,请运行以下命令启用 metrics-server:

minikube addons enable metrics-server

查看 metrics-server(或者其他资源指标 API metrics.k8s.io 服务提供者)是否正在运行, 请键入以下命令:

kubectl get apiservices

如果资源指标 API 可用,则会输出将包含一个对 metrics.k8s.io 的引用。

NAME
v1beta1.metrics.k8s.io

二、创建一个名字空间

创建一个名字空间,以便将 本练习中创建的资源与集群的其余部分资源隔离。

kubectl create namespace cpu-example

三、指定CPU请求和CPU限制

要为容器指定 CPU 请求,请在容器资源清单中包含 resources: requests 字段。 要指定 CPU 限制,请包含 resources:limits。

在本练习中,将创建一个具有一个容器的 Pod。容器将会请求 0.5 个 CPU,而且最多限制使用 1 个 CPU。 这是 Pod 的配置文件:

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"

配置文件的 args 部分提供了容器启动时的参数。 -cpus "2" 参数告诉容器尝试使用 2 个 CPU。

创建 Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/cpu-request-limit.yaml --namespace=cpu-example

验证所创建的 Pod 处于 Running 状态

kubectl get pod cpu-demo --namespace=cpu-example

查看显示关于 Pod 的详细信息:

kubectl get pod cpu-demo --output=yaml --namespace=cpu-example

输出显示 Pod 中的一个容器的 CPU 请求为 500 milliCPU,并且 CPU 限制为 1 个 CPU。

resources:
limits:
cpu: "1"
requests:
cpu: 500m

使用 kubectl top 命令来获取该 Pod 的指标:

kubectl top pod cpu-demo --namespace=cpu-example

此示例输出显示 Pod 使用的是 974 milliCPU,即略低于 Pod 配置中指定的 1 个 CPU 的限制。

NAME CPU(cores) MEMORY(bytes)
cpu-demo 974m <something>

回想一下,通过设置 -cpu "2",将容器配置为尝试使用 2 个 CPU, 但是容器只被允许使用大约 1 个 CPU。 容器的 CPU 用量受到限制,因为该容器正尝试使用超出其限制的 CPU 资源。

CPU 使用率低于 1.0 的另一种可能的解释是,节点可能没有足够的 CPU 资源可用。 回想一下,此练习的先决条件需要集群至少具有 1 个 CPU 可用。 如果容器在只有 1 个 CPU 的节点上运行,则容器无论为容器指定的 CPU 限制如何, 都不能使用超过 1 个 CPU。

四、CPU单位

CPU 资源以 CPU 单位度量。Kubernetes 中的一个 CPU 等同于:

  • 1 个 AWS vCPU;
  • 1 个 GCP核心;
  • 1 个 Azure vCore;
  • 裸机上具有超线程能力的英特尔处理器上的 1 个超线程。

小数值是可以使用的。一个请求 0.5 CPU 的容器保证会获得请求 1 个 CPU 的容器的 CPU 的一半。 可以使用后缀 m 表示毫。例如 100m CPU、100 milliCPU 和 0.1 CPU 都相同。 精度不能超过 1m。

CPU 请求只能使用绝对数量,而不是相对数量。0.1 在单核、双核或 48 核计算机上的 CPU 数量值是一样的。

删除 Pod:

kubectl delete pod cpu-demo --namespace=cpu-example

五、超过节点能力的CPU

CPU 请求和限制与都与容器相关,但是我们可以考虑一下 Pod 具有对应的 CPU 请求和限制这样的场景。 Pod 对 CPU 用量的请求等于 Pod 中所有容器的请求数量之和。 同样,Pod 的 CPU 资源限制等于 Pod 中所有容器 CPU 资源限制数之和。

Pod 调度是基于资源请求值来进行的。 仅在某节点具有足够的 CPU 资源来满足 Pod CPU 请求时,Pod 将会在对应节点上运行:

在本练习中,将创建一个 Pod,该 Pod 的 CPU 请求对于集群中任何节点的容量而言都会过大。 下面是 Pod 的配置文件,其中有一个容器。容器请求 100 个 CPU,这可能会超出集群中任何节点的容量。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: cpu-demo-2
namespace: cpu-example
spec:
containers:
- name: cpu-demo-ctr-2
image: vish/stress
resources:
limits:
cpu: "100"
requests:
cpu: "100"
args:
- -cpus
- "2"

创建 Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/cpu-request-limit-2.yaml --namespace=cpu-example

查看该 Pod 的状态:

kubectl get pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example

输出显示 Pod 状态为 Pending。也就是说,Pod 未被调度到任何节点上运行, 并且 Pod 将无限期地处于 Pending 状态:

NAME READY STATUS RESTARTS AGE
cpu-demo-2 0/1 Pending 0 7m

查看有关 Pod 的详细信息,包含事件:

kubectl describe pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example

输出显示由于节点上的 CPU 资源不足,无法调度容器:

Events:
Reason Message
------ -------
FailedScheduling No nodes are available that match all of the following predicates:: Insufficient cpu (3).

删除 Pod:

kubectl delete pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example

六、不指定CPU限制

如果没有为容器指定 CPU 限制,则会发生以下情况之一:

容器在可以使用的 CPU 资源上没有上限。因而可以使用所在节点上所有的可用 CPU 资源;

容器在具有默认 CPU 限制的名字空间中运行,系统会自动为容器设置默认限制。 集群管理员可以使用 LimitRange 指定 CPU 限制的默认值。

七、未设置CPU请求

如果为容器指定了 CPU 限制值但未为其设置 CPU 请求,Kubernetes 会自动为其 设置与 CPU 限制相同的 CPU 请求值。类似的,如果容器设置了内存限制值但未设置 内存请求值,Kubernetes 也会为其设置与内存限制值相同的内存请求。

八、CPU请求和限制的初衷

通过配置集群中运行的容器的 CPU 请求和限制,可以有效利用集群上可用的 CPU 资源。 通过将 Pod CPU 请求保持在较低水平,可以使 Pod 更有机会被调度。 通过使 CPU 限制大于 CPU 请求,可以完成两件事:

  • Pod 可能会有突发性的活动,它可以利用碰巧可用的 CPU 资源;
  • Pod 在突发负载期间可以使用的 CPU 资源数量仍被限制为合理的数量。

九、清理

删除名字空间:

kubectl delete namespace cpu-example
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