Kubernetes中对Pod和容器进行CPU资源限制

本文介绍如何为容器设置 CPU request（请求） 和 CPU limit（限制）。 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。

准备开始

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 如果你还没有集群，你可以通过 Minikube 构建一 个你自己的集群，或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建：

• Katacoda
• 玩转 Kubernetes

要获知版本信息，请输入 kubectl version.

集群中的每个节点必须至少有 1 个 CPU 可用才能运行本任务中的示例。

本页的一些步骤要求你在集群中运行metrics-server 服务。如果你的集群中已经有正在运行的 metrics-server 服务，可以跳过这些步骤。

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

minikube addons enable metrics-server

查看 metrics-server（或者其他资源度量 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

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

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，你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 milli CPU，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 的度量值数据：

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

此示例输出显示 Pod 使用的是 974 milliCPU，即仅略低于 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"，你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。说明： 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你的节点至少具有 1 个 CPU 可用。 如果你的容器在只有 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。

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。 你可以使用后缀 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

设置超过节点能力的 CPU 请求

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，你将创建一个 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：

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

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).

删除你的 Pod：

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

如果不指定 CPU 限制

如果你没有为容器指定 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。

CPU 请求和限制的初衷

通过配置你的集群中运行的容器的 CPU 请求和限制，你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，你可以完成两件事：

• 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。

清理

删除名称空间：

kubectl delete namespace cpu-example