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和限制值完全相同，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 requests 和 limits 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"

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

2. Burstable（突发型）

如果容器的请求和限制不相同，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 requests 和 limits 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"

在这个例子中，requests 和 limits 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 requests 或 limits（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

在这个例子中，容器没有设置 requests 或 limits，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"

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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