[云原生k8s] k8s资源限制以及探针检查

一、资源限制

 

1.1、资源限制的使用

当定义Pod时可以选择性地为每个容器设定所需要的资源数量。最常见的可设定资源是CPU和内存大小，以及其他类型的资源。

1.2、request资源（请求）和limit资源（约束）

1.当为Pod中的指定了request资源时，调度器就使用该信息来决定将Pod调度到来哪一个节点中。当还未容器指定了limit资源时，kubelet就回确保运行的容器会不会使用超过所设置的limit资源量

2.如果Pod所在的节点具有足够的可用资源，容器可用使用超过所设置的request资源量。不过，容器不可以使用超过所设置的limit资源量。

3.如果给容器设置了内存的limit值，但未设置内存的request值，Kubernetes会自动为其设置于内存limit相匹配的request值。类似的，如果给容器设置了CPU的limit值但未设置CPU的request值，则Kubernetes自动为其设置CPU的request值，并使之与CPU的limit值匹配。

1.3、Pod和容器的资源请求和限制

定义创建容器时预分配的CPU资源
spec.containers[].resources.requests.cpu
定义创建容器时预分配的内存资源
spec.containers[].resources.requests.memory
定义创建容器时预分配的巨页资源
spec.containers[].resources.requests.hugepages-
定义cpu的资源上限
spec.containers[].resources.limits.cpu
定义内存的资源上限
spec.containers[].resources.limits.memory
定义巨页的资源上限
spec.containers[].resources.limits.hugepages-

 1.4、官方文档示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: frontend
spec:
  containers:
  - name: app
    image: images.my-company.example/app:v4
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"
  - name: log-aggregator
    image: images.my-company.example/log-aggregator:v6
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"

 此例子中Pod有两个Container。每个Container的请求为0.25cpu和64MiB（226字节）内存，每个容器的资源约束为0.5cpu和128MiB内存。你可以认为该Pod的资源请求为0.5cpu和128MiB内存，资源限制为1cpu和256MiB内存

1.5、资源限制实操

编写yaml资源配置清单

[root@master ~]# mkdir /opt/test
[root@master ~]# cd !$
cd /opt/test
[root@master test]# vim test1.yaml
 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test1
spec:
  containers:
  - name: web
    image: nginx
    env:
    - name: WEB_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"
  - name: db
    image: mysql
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m" 

释放内存（node节点，以node01为例）

由于mysql对于内存的使用要求比较高，因此需要检查内存的可以的空间是否能够满足mysql的正常运行，若剩余内存不够，可对其进行释放操作。

查看内存

free -mh

 

内存总量为4G，实际使用1.1G，因此可用内存应该为2.6G左右。

但是由于有1.4G的内存被用于缓存，导致了free仅为1300M。

1300M剩余可用内存显然是不够用的美因茨需要释放缓存。

手动释放缓存

echo [1\2\3] > /proc/sys/vm/drop_caches

[root@master .pokemonsay]# free -mh
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3.7G        1.1G        600M         18M        2.0G        2.2G
Swap:            0B          0B          0B
[root@master .pokemonsay]# cat /proc/sys/vm/drop_caches
0
[root@master .pokemonsay]# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
[root@master .pokemonsay]# free -mh
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3.7G        1.0G        2.1G         18M        549M        2.3G
Swap:            0B          0B          0B
[root@master .pokemonsay]#

0：0是系统默认值，默认情况下表示不释放内存，由操作系统自动管理
1：释放页缓存
2：释放dentries和inodes
3：释放所有缓存

注意：

如果因为是应用有像内存泄漏、溢出的问题，从swap的使用情况是可用比较快速判断的，但free上面的情况反而会比较难查看。相反，在这个时候，我们告诉用户，修改系统的一个值，“可以”释放内存，free就大了。用户会怎么想？不会觉得操作系统有问题吗？所以说，既然核心是可以快速清空buffer或cache，也就不难到（这从上面的操作中可以明显看到），但是核心并没有这么做（默认值是0），我们就不应该随便去改变

一般情况下，应用在系统上稳定运行了，free值也会保持在一个稳定值，虽然看下去可能比较小。当发生内存不足、应用获取不到可用内存、OOM错误等问题时，还是更应该去分析应用方面的原因，如果用户量太大导致内存不足，发生应用内存溢出等情况，否则，清空buffer，强制腾出free得只是把问题给暂时屏蔽了。

创建资源

kubectl apply -f test1.yaml

 

跟踪查看pod状态

kubectl get pod -o wide -w

 OOM（OverOfMemory）表示服务的运行超过了我们所设定的约束值。
Ready:2/2，status:Running说明该pod已成功创建并运行，但运行过程中发生OOM问题被kubelet杀死并重新拉起新的pod

查看容器日志

kubectl logs test1 -c web

 nginx启动正常，接下来查看mysql日志

kubectl logs test1 -c db

 锁定问题容器为mysql

删除pod

kubectl delete -f test1.yaml

 

 修改yaml配置资源清单，提高mysql资源限制

[root@master test]# vim test1.yaml  
 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test1
spec:
  containers:
  - name: web
    image: nginx
    env:
    - name: WEB_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"
  - name: db
    image: mysql
    env:
    - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
      value: "password"
    resources:
      requests:
        memory: "512Mi"
        cpu: "0.5"
      limits:
        memory: "1024Mi"
        cpu: "1"
 

 再按照上述方法查看一下

kubectl get pod -o wide -w

 kubectl describe pod test1
#查看pod的详细信息

 

 kubectl describe node node01
#查看node1节点详细信息

二、健康检查

2.1、健康检查的定义

  健康检查又称为探针（Probe），是由kubelet对容器执行的定期诊断。

2.2、探针的三种规则

livenessProbe存活探针

判断容器是否正在运行。如果探测失败，则kubelet会杀死容器，并且容器将根据restartPolicy来设置Pod状态，如果容器不提供存活探针，则默认状态为Success。

readinessProbe就绪探针

判断容器是否准备好接受请求。如果探测失败，端点控制器将从与Pod匹配的所有service endpoints中剔除该Pod的IP地址。初始延迟之前的就绪状态默认为Failure。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为Success。

startupProbe启动探针（1.17版本新增）

判断容器内的应用程序是否已启动，主要针对于不能确定具体启动时间的应用。如果匹配了startupProbe探针，则在startupProbe状态为Success之前，其他所有探针都处于无效状态，直到它成功后才起作用。如果startupProbe，则默认状态为Success。

同时定义

以上三种规则可同时定义。在readinessProbe检测成功之前，Pod的running状态是不会变成ready状态的。

2.3、Probe支持的三种检测方法

exec

在容器内执行命令，如果容器退出时反码为0则认为诊断成功。

tcpSocket

对指定端口上的容器的IP地址执行httpGet请求。如果响应的状态码大于等于200且小于400（2xx和3xx），则诊断被认为是成功的

2.4、探测结果

每次探测都将获得以下三种结果之一：

• 成功：容器通过了诊断
• 失败：容器未通过诊断
• 未知：诊断失败，因此不会采取任何行动

2.5、exec方式

vim exec.yaml
 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness				#为了健康检查定义的标签
  name: liveness-exec
spec:						#定义了Pod中containers的属性
  containers:
  - name: liveness
    image: busybox
    args:						#传入的命令
    - /bin/sh
    - -c
    - touch /tmp/healthy; sleep 30; rm -rf /tmp/healthy;sleep 600
    livenessProbe:
      exec:
        command:
        - cat
        - /tmp/healthy
      initialDelaySeconds: 5			#表示pod中容器启动成功后，多少秒后进行健康检查 
      periodSeconds: 5				#在首次健康检查后，下一次健康检查的间隔时间 5s

在配置文件中，可以看到Pod具有单个Container。该perioSeconds字段指定kubelet应该每5秒执行一次活动性探测。该initiaDelaySeconds字段告诉kubelet在执行第一个探测之前应该等待5秒。为了执行探测，kubelet cat /tmp/healthy在容器中执行命令。如果命令成功执行，则返回0，并且kubelet认为Container仍然重要。如果命令返回非0值，则kubelet将杀死Container并重启它。

1. 在这个配置文件中，可以看到Pod只有一个容器。
2. 容器中的command字段表示创建一个/tmp/live文件后休眠30秒，休眠结束后删除该文件，并休眠10分钟。
3. 仅使用livenessProbe存活探针，并使用exec检查方式，对/tmp/live文件进行存活检测。
4. initialDelaySeconds字段表示kubelet在执行第一次探测前应该等待5秒。
5. periodSeconds字段表示kubelet每隔5秒执行一次存活探测。

 2.6、httpGet方式

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: liveness
  name: liveness-http
spec:
  containers:
  - name: liveness
    image: k8s.gcr.io/liveness
    args:
    - /server
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /healthz
        port: 8080
        httpHeaders:
        - name: Custom-Header
          value: Awesome
      initialDelaySeconds: 3
      periodSeconds: 3

 在配置文件中，可以看到Pod具有单个Container。该periodSeconds字段指定kubectl应该每3秒执行一次活动性探测。该initiaDelaySeconds字段告诉kubelet在执行第一个探测之前应等待3秒。为了执行探测，kubectl将HTTP GET请求发送到Container中运行并在端口8080上侦听的服务器。如果服务器/healthz路径的处理程序返回成功代码，则kubectl会认为任何大于或等于400的代码均表示成功，其他代码都表示失败。

2.7、tcpSocket方式

定义TCP活动度探针

第三种类型的活动性探针使用TCP套接字，使用此配置，kubelet将尝试在指定端口上打开容器的套接字。如果可以建立连接，则认为该让其运行状况良好，如果不能，则认为该容器是故障容器。

 apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: goproxy
  labels:
    app: goproxy
spec:
  containers:
  - name: goproxy
    image: k8s.gcr.io/goproxy:0.1
    ports:
    - containerPort: 8080
    readinessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 5
      periodSeconds: 10
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20

如图所示，TCP检查的配置与HTTP检查非常相似，此示例同时使用就绪和活跃度探针，容器启动5秒后，kubelet将发送第一个就绪探测器。这些尝试连接到goproxy端口8080上的容器。如果探测成功，则容器将标记为就绪，kubelet将继续每10秒运行一次检查。

除了就绪探针之外，此配置还包括活动探针。容器启动后15秒钟，kubelet将运行第一个活动谈着，就像就绪探针一样，这些尝试goproxy在端口8080上连接到容器。如果活动探针失败，则容器将重新启动。

总结

1. 探针

探针分为3种

livenessProbe（存活探针）∶判断容器是否正常运行，如果失败则杀掉容器（不是pod），再根据重启策略是否重启容器
readinessProbe（就绪探针）∶判断容器是否能够进入ready状态，探针失败则进入noready状态，并从service的endpoints中剔除此容器
startupProbe∶判断容器内的应用是否启动成功，在success状态前，其它探针都处于无效状态

2. 检查方式

检查方式分为3种

exec∶使用 command 字段设置命令，在容器中执行此命令，如果命令返回状态码为0，则认为探测成功
httpget∶通过访问指定端口和url路径执行http get访问。如果返回的http状态码为大于等于200且小于400则认为成功
tcpsocket∶通过tcp连接pod（IP）和指定端口，如果端口无误且tcp连接成功，则认为探测成功

3. 常用的探针可选参数

常用的探针可选参数有4个

initialDelaySeconds∶ 容器启动多少秒后开始执行探测
periodSeconds∶探测的周期频率，每多少秒执行一次探测
failureThreshold∶探测失败后，允许再试几次
timeoutSeconds ∶ 探测等待超时的时间 

4、重启策略

Pod在遇到故障之后“重启”的动作Pod在遇到故障之后“重启”的动作

Always：当容器终止退出后，总是“重启”容器，默认策略

OnFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器

Never：当容器终止退出，从不“重启”容器。

（注意：k8s中不支持重启Pod资源，只有删除重建，重建）