Kubernetes Pod 服务质量等级

2023-03-07 Cloud Native Kubernetes Kubernetes 应用最佳实践

概述

本文主要是对 Kubernetes 应用最佳实践 - 资源请求和限制 的补充。

kubernetes 会自动将 Pod 的服务质量 (QoS) 分成三个等级，每个等级可以指定 Node 在资源不足时以什么策略来驱逐 Pod。

BestEffort

BestEffort 是优先级最低的 Qos 等级，针对的目标是没有设置任何资源请求 (requests) 和资源限制 (limits) 的 Pod。

# BestEffort 优先级示例
containers:
  name: foo
    resources:
  name: bar
    resources:

如果 Pod 的 Qos 等级是 BestEffort, 那么在极端情况下，这些 Pod 分配不到任何资源 (CPU, 内存等)，同时当节点资源不足时，这些 Pod 会被优先终止， 不过有坏的一面，也有好的一面，当节点资源充足时，这些 Pod 同样会充分使用资源。

Guaranteed

Guaranteed 是优先级最高的 Qos 等级，针对的目标是已经设置了资源请求(requests) 和资源限制 (limits) 的 Pod。

Guaranteed 等级的 Pod 需要满足以下几个条件:

1. Pod 内的每个容器都需要设置 requests 和 limits (requests 默认情况下和 limits 相等，所以可以不用单独设置)
2. requests 和 limits 指标必须同时包括 CPU 和内存
3. requests 和 limits 指标值必须相等 (例如内存的 requests 和 limits 都是 2 GB)

# Guaranteed 优先级示例

containers:
  name: foo
    resources:
      limits:
        cpu: 10m
        memory: 1Gi
      requests:
        cpu: 10m
        memory: 1Gi
  name: bar
    resources:
      limits:
        cpu: 10m
        memory: 1Gi
      requests:
        cpu: 10m
        memory: 1Gi

如果 Pod 的 Qos 等级是 Guaranteed, 可以使用请求到的资源 (request)，但是不能超过资源的限制量 (limits)。

Burstable

Burstable 是介于 BestEffort 和 Guaranteed 之间的 Qos 等级，如果 Pod 不属于上述两个等级，就属于 Burstable 等级。

通过 BestEffort 和 Guaranteed 两个等级的条件，我们可以得出 Burstable 等级的满足条件:

1. Pod 内只有单个容器，且容器的 requests 和 limits 不相等
2. Pod 内有多个容器，且至少有一个容器没有设置 limits
3. Pod 内有多个容器，且至少有两个容器的 requests 和 limits 不相等 (包括没有设置的情况)

# Burstable 优先级示例
containers:
  name: foo
    resources:
      limits:
        cpu: 10m
        memory: 1Gi
      requests:
        cpu: 10m
        memory: 1Gi

  name: bar
    resources:
      limits:
        cpu: 100m
        memory: 100Mi
      requests:
        cpu: 100m
        memory: 100Mi

如果 Pod 的 Qos 等级是 Burstable, 可以使用请求到的资源 (request)，如果设置了资源限制量 limits (则不能超过 limits)，如果没有设置资源限制量 limits (可以充分利用资源)。

表格小结

根据上文中 Pod 和 Qos 等级之间的关系描述，我们可以总结出如下表格。

资源不足时的驱逐策略

当节点资源不足时，会驱逐 Pod 并释放出资源给优先级高的 Pod 使用，此时被驱逐的 Pod 的 Qos 等级依次为: BestEffort, Burstable, Guaranteed, Guaranteed 等级的 Pod 只有在系统进程需要资源时才会被驱逐。

如果两个 Pod 的 Qos 等级相同，会优先驱逐资源实际使用量占请求量比例更高的 Pod。

最佳实践

• 设置 Pod 的资源 requests 和 limits 参数时，要根据节点资源总量预留出一定的缓冲区，避免节点的资源耗尽
• 将关键业务应用 Pod 的 Qos 等级设置为 Guaranteed, 保证其资源可用性和运行的稳定性
• 非关键业务应用 Pod 的 Qos 等级可以适当调整为 Burstable, 预留出一定的弹性
• 避免使用 BestEffort 等级，因为该等级不能提供任何资源保证，即使在资源充足时，该等级对应的 Pod 申请资源过程也是不可控的
• 不仅要关注 Pod 的资源 requests 和 limits 参数，同时还要关注资源 requests 请求量和实际使用量，持续监控和调整

Reference

• QoS Classes
• 配置 Pod 的服务质量
• Pod QoS

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