Kubernetes K8S之CPU和内存资源限制详解

Pod资源限制
备注：CPU单位换算：100m CPU，100 milliCPU 和 0.1 CPU 都相同；精度不能超过 1m。1000m CPU = 1 CPU。

官网地址：

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/configure-pod-container/assign-cpu-resource/
https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/configure-pod-container/assign-memory-resource/
Kubernetes对资源的限制实际上是通过cgroup来控制的，cgroup是容器的一组用来控制内核如何运行进程的相关属性集合。针对内存、CPU和各种设备都有对应的cgroup。

默认情况下，Pod运行没有CPU和内存的限额。这意味着系统中的任何Pod将能够像执行Pod所在节点机器一样，可以消耗足够多的CPU和内存。一般会针对某些应用的Pod资源进行资源限制，这个资源限制是通过resources的requests【要分配的资源】和limits【最大使用资源】来实现的。

CPU资源限制示例
# cat cpu-request-limit.yaml
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。

内存资源限制示例
# memory-request-limit.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: memory-demo
  namespace: mem-example
spec:
  containers:
  - name: memory-demo-ctr
    image: polinux/stress
    resources:
      limits:
        memory: "200Mi"
      requests:
        memory: "100Mi"
    command: ["stress"]
    args: ["--vm", "1", "--vm-bytes", "150M", "--vm-hang", "1"]
配置文件的 args 部分提供了容器启动时的参数。 "--vm-bytes", "150M" 参数告知容器尝试分配 150 MiB 内存。不允许args中的启动内存大于limits限制内存。

namespace资源限制
备注：CPU单位换算：100m CPU，100 milliCPU 和 0.1 CPU 都相同；精度不能超过 1m。1000m CPU = 1 CPU。

官网地址：

https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/manage-resources/
image

为命名空间配置内存和 CPU 配额
怎么为命名空间设置容器可用的内存和 CPU 总量。你可以通过 ResourceQuota 对象设置配额，使用 ResourceQuota 限制命名空间中所有容器的内存请求总量、内存限制总量、CPU 请求总量和CPU 限制总量。

如果你想对单个容器而不是所有容器进行限制，就请使用 LimitRange。

示例：

# cat quota-mem-cpu.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: mem-cpu-demo
spec:
  hard:
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi
应用如下【命名空间quota-mem-cpu-example已提前创建完毕】：

kubectl create -f quota-mem-cpu.yaml --namespace=quota-mem-cpu-example
查看 ResourceQuota 详情：

kubectl get resourcequota mem-cpu-demo --namespace=quota-mem-cpu-example --output=yaml
输出部分结果如下：

spec:
  hard:
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
status:
  hard:
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
  used:
    limits.cpu: "0"
    limits.memory: "0"
    requests.cpu: "0"
    requests.memory: "0"
ResourceQuota 在 quota-mem-cpu-example 命名空间中设置了如下要求：

每个容器必须有内存请求和限制，以及 CPU 请求和限制。
所有容器的内存请求总和不能超过1 GiB。
所有容器的内存限制总和不能超过2 GiB。
所有容器的 CPU 请求总和不能超过1 cpu。
所有容器的 CPU 限制总和不能超过2 cpu。
为命名空间配置默认的内存请求和限制
示例：

# cat memory-defaults.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: mem-limit-range
spec:
  limits:
  - default:
      memory: 512Mi
    defaultRequest:
      memory: 256Mi
    type: Container
default类似于之前的limit；defaultRequest类似于之前的request。

应用如下：

kubectl create -f memory-defaults.yaml --namespace=default-mem-example
命名空间default-mem-example已提前创建完毕

现在，如果在 default-mem-example 命名空间创建容器，并且该容器没有声明自己的内存请求和限制值，那么它将被指定一个默认的内存请求256 MiB和一个默认的内存限制512 Mib。

为命名空间配置默认的CPU请求和限制
示例：

# cpu-defaults.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: cpu-limit-range
spec:
  limits:
  - default:
      cpu: 1
    defaultRequest:
      cpu: 0.5
    type: Container
应用如下：

kubectl create -f cpu-defaults.yaml --namespace=default-cpu-example
其中default-cpu-example名称空间已被提前创建

现在如果在 default-cpu-example 命名空间创建一个容器，该容器没有声明自己的 CPU 请求和限制时，那么将会给它指定默认的 CPU 请求0.5和默认的 CPU 限制值1。

配置命名空间的最小和最大内存约束
示例：

# cat memory-constraints.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: mem-min-max-demo-lr
spec:
  limits:
  - max:
      memory: 1Gi
    min:
      memory: 500Mi
    type: Container
应用如下：

kubectl create -f memory-constraints.yaml --namespace=constraints-mem-example
其中constraints-mem-example名称空间已被提前创建

查看 LimitRange 的详情：

kubectl get limitrange mem-min-max-demo-lr --namespace=constraints-mem-example --output=yaml
输出显示预期的最小和最大内存约束。但请注意，即使您没有在 LimitRange 的配置文件中指定默认值，默认值也会被自动创建。

limits:
- default:
    memory: 1Gi
  defaultRequest:
    memory: 1Gi
  max:
    memory: 1Gi
  min:
    memory: 500Mi
  type: Container
现在，只要在 constraints-mem-example 命名空间中创建容器，Kubernetes 就会执行下面的步骤：

如果 Container 未指定自己的内存请求和限制，将为它指定默认的内存请求和限制。
验证 Container 的内存请求是否大于或等于500 MiB【超出范围容器创建失败】。
验证 Container 的内存限制是否小于或等于1 GiB【超出范围容器创建失败】。
配置命名空间的最小和最大CPU约束
示例：

# cpu-constraints.yaml
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: cpu-min-max-demo-lr
spec:
  limits:
  - max:
      cpu: "800m"
    min:
      cpu: "200m"
    type: Container
应用如下：

kubectl create -f cpu-constraints.yaml --namespace=constraints-cpu-example
其中constraints-cpu-example名称空间已被提前创建

查看 LimitRange 详情：

kubectl get limitrange cpu-min-max-demo-lr --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example
输出结果显示 CPU 的最小和最大限制符合预期。但需要注意的是，尽管你在 LimitRange 的配置文件中你没有声明默认值，默认值也会被自动创建。

limits:
- default:
    cpu: 800m
  defaultRequest:
    cpu: 800m
  max:
    cpu: 800m
  min:
    cpu: 200m
  type: Container
现在不管什么时候在 constraints-cpu-example 命名空间中创建容器，Kubernetes 都会执行下面这些步骤：

如果容器没有声明自己的 CPU 请求和限制，将为容器指定默认 CPU 请求和限制。
核查容器声明的 CPU 请求确保其大于或者等于200 millicpu。
核查容器声明的 CPU 限制确保其小于或者等于800 millicpu。
配置命名空间下pod总数
示例：

# cat quota-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: pod-demo
spec:
  hard:
    pods: "2"
应用如下【命名空间quota-pod-example已提前创建完毕】：

kubectl apply -f quota-pod.yaml --namespace=quota-pod-example
查看资源配额的详细信息：

kubectl get resourcequota pod-demo --namespace=quota-pod-example --output=yaml
从输出的信息我们可以看到，该命名空间下pod的配额是2个，目前创建的pods数为0，配额使用率为0。

spec:
  hard:
    pods: "2"
status:
  hard:
    pods: "2"
  used:
    pods: "0"