请解释K8S 资源限制 QoS?

参考回答

在 Kubernetes 中,QoS(Quality of Service,服务质量) 是用来定义 Pod 和容器的资源分配策略的机制。Kubernetes 根据容器的资源请求(requests)和资源限制(limits)来确定 Pod 的 QoS 类别。QoS 可以帮助 Kubernetes 在资源不足时做出调度决策,优先保障重要 Pod 的资源需求。

Kubernetes 中的 QoS 分类基于容器的资源请求与限制设置,分为三个类别:

  1. Guaranteed(保证型)
  2. Burstable(突发型)
  3. BestEffort(尽力而为型)

详细讲解

Kubernetes 会根据 Pod 中所有容器的资源请求和限制来确定其 QoS 类别。每个容器都可以设置 CPU 和内存的请求requests)和限制limits):

  • 请求requests)是容器启动时所需要的资源量,Kubernetes 根据请求来进行调度。
  • 限制limits)是容器能够使用的最大资源量,当容器的资源使用超过限制时,Kubernetes 会限制容器的资源使用,甚至可能触发 OOM(Out of Memory)杀死容器。

Kubernetes 会根据以下规则来判断 Pod 的 QoS 分类:

1. Guaranteed(保证型)

如果一个容器的请求限制值完全相同,那么该容器就被认为是保证型(Guaranteed)。这种情况下,Kubernetes 会为容器保证所请求的资源数量。

  • 条件:容器的 CPU 和内存的 requestslimits 必须完全相同。
  • 优先级:Guaranteed 类型的 Pod 在资源不足时会优先被保留,适用于要求高稳定性的场景,如数据库等重要服务。

示例:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: guaranteed-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        memory: "256Mi"
        cpu: "500m"
      limits:
        memory: "256Mi"
        cpu: "500m"
YAML

在这个例子中,requestslimits 相同,因此该容器被分配为 Guaranteed 类别。

2. Burstable(突发型)

如果容器的请求限制不相同,那么这个容器将被分类为突发型(Burstable)。这种类型的容器可以在资源充足时使用更多的资源,但 Kubernetes 会确保它始终有足够的资源满足其请求。

  • 条件:容器的 requestslimits 不相同。
  • 优先级:Burstable 类型的 Pod 具有一定的资源保证,但在资源紧张时,它们会被限制,优先保障 Guaranteed 类型的 Pod。

示例:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: burstable-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        memory: "128Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "256Mi"
        cpu: "500m"
YAML

在这个例子中,requestslimits 不相同,因此容器被分配为 Burstable 类型。容器会保证至少有 128Mi 内存和 250m CPU,如果资源充足,它最多可以使用 256Mi 内存和 500m CPU。

3. BestEffort(尽力而为型)

如果容器既没有设置资源的 请求,也没有设置 限制,它将被分类为尽力而为型(BestEffort)。这种类型的容器没有任何资源保证,Kubernetes 会在资源紧张时优先终止它们。

  • 条件:容器没有设置 requestslimits(或两者都没有)。
  • 优先级:BestEffort 类型的 Pod 在资源不足时最先被终止,因此它适合于资源需求不高的短期任务。

示例:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: besteffort-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
YAML

在这个例子中,容器没有设置 requestslimits,因此它会被 Kubernetes 分配为 BestEffort 类型。

QoS 如何影响资源调度

当 Kubernetes 集群资源紧张时,Pod 的 QoS 类别会影响资源分配的优先级。具体来说:

  1. Guaranteed 类 Pod:这些 Pod 会优先获得资源,Kubernetes 会确保它们的请求得到满足,即使集群资源紧张也不会被驱逐。
  2. Burstable 类 Pod:这些 Pod 可能会使用更多的资源,但它们的资源请求会得到一定的保证。如果资源不足,Burstable Pod 可能会被驱逐。
  3. BestEffort 类 Pod:这些 Pod 不保证任何资源,资源不足时,BestEffort 类 Pod 会被优先驱逐。

详细讲解与拓展

1. 资源请求与限制的作用

  • 请求requests)表示容器的最低资源需求,它决定了容器的调度位置。Kubernetes 会确保容器调度到有足够资源的节点。
  • 限制limits)是容器可以使用的最大资源。如果容器使用超过了 limits,Kubernetes 会限制其资源使用。例如,如果容器内存超过 limits,Kubernetes 会尝试终止并重新启动该容器(OOMKilled)。

2. 如何选择合适的 QoS

  • Guaranteed:适用于对资源有明确且稳定需求的应用(如数据库、消息队列等)。这种类型确保了资源的稳定性和高优先级调度。
  • Burstable:适用于需要一定资源保证,但偶尔可能会使用更多资源的应用(如 Web 应用、微服务等)。它能够在资源充足时弹性伸缩,但不会像 Guaranteed 那样严格保证资源。
  • BestEffort:适用于资源需求不高,且可以容忍资源波动的应用(如批处理任务、短期作业等)。这种类型的 Pod 会在资源紧张时被优先终止。

3. 如何在 Pod 中配置资源

在 Kubernetes 中,可以在 Pod 的容器级别设置资源请求和限制,如下所示:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        memory: "100Mi"
        cpu: "200m"
      limits:
        memory: "200Mi"
        cpu: "400m"
YAML

在上述 YAML 中,requests 设置了容器的最低资源需求,limits 设置了容器的最大资源限制。

总结

Kubernetes 的 QoS 分类(Guaranteed、Burstable 和 BestEffort)依据容器的资源请求和限制来决定容器的优先级和资源分配策略。Guaranteed 类型的容器优先获得资源,而 BestEffort 类型的容器则在资源紧张时最先被驱逐。通过合理配置容器的资源请求和限制,用户可以优化资源利用率,确保关键应用在集群中的优先级,并防止无关任务占用过多资源。

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