Kubernetes Pod 驱逐详解

米开朗基杨 2019-08-09

监控 容器 request OOM 磁盘 kubernetes QoS

原文链接:Kubernetes Pod 驱逐详解

在 Kubernetes 中,Pod 使用的资源最重要的是 CPU、内存和磁盘 IO,这些资源可以被分为可压缩资源(CPU)和不可压缩资源(内存,磁盘 IO)。可压缩资源不可能导致 Pod 被驱逐,因为当 Pod 的 CPU 使用量很多时,系统可以通过重新分配权重来限制 Pod 的 CPU 使用。而对于不可压缩资源来说,如果资源不足,也就无法继续申请资源(内存用完就是用完了),此时 Kubernetes 会从该节点上驱逐一定数量的 Pod,以保证该节点上有充足的资源。

当不可压缩资源不足时,Kubernetes 是通过 kubelet 来驱逐 Pod 的。kubelet 也不是随机驱逐的,它有自己的一套驱逐机制,每个计算节点的 kubelet 都会通过抓取 cAdvisor 的指标来监控节点的资源使用量,下面我们来具体分析每种情况。

1. 存储资源不足

下面是 kubelet 默认的关于节点存储的驱逐触发条件:

  • nodefs.available<10%(容器 volume 使用的文件系统的可用空间,包括文件系统剩余大小和 inode 数量)
  • imagefs.available<15%(容器镜像使用的文件系统的可用空间,包括文件系统剩余大小和 inode 数量)

imagefs 使用量达到阈值时,kubelet 会尝试删除不使用的镜像来清理磁盘空间。

nodefs 使用量达到阈值时,kubelet 就会拒绝在该节点上运行新 Pod,并向 API Server 注册一个 DiskPressure condition。然后 kubelet 会尝试删除死亡的 Pod 和容器来回收磁盘空间,如果此时 nodefs 使用量仍然没有低于阈值,kubelet 就会开始驱逐 Pod。从 Kubernetes 1.9 开始,kubelet 驱逐 Pod 的过程中不会参考 Pod 的 QoS,只是根据 Pod 的 nodefs 使用量来进行排名,并选取使用量最多的 Pod 进行驱逐。所以即使 QoS 等级为 Guaranteed 的 Pod 在这个阶段也有可能被驱逐(例如 nodefs 使用量最大)。如果驱逐的是 Daemonset,kubelet 会阻止该 Pod 重启,直到 nodefs 使用量超过阈值。

如果一个 Pod 中有多个容器,kubelet 会根据 Pod 中所有容器的 nodefs 使用量之和来进行排名。即所有容器的 container_fs_usage_bytes 指标值之和。

举个栗子,假设某计算节点上运行着一系列已知 QoS 等级和 nodefs 使用量的 Pod:

Pod Name Pod QoS nodefs usage
A Best Effort 800M
B Guaranteed 1.3G
C Burstable 1.2G
D Burstable 700M
E Best Effort 500M
F Guaranteed 1G

当 nodefs 的使用量超过阈值时,kubelet 会根据 Pod 的 nodefs 使用量来对 Pod 进行排名,首先驱逐使用量最多的 Pod。排名如下图所示:

Pod Name Pod QoS nodefs usage
B Guaranteed 1.3G
C Burstable 1.2G
F Guaranteed 1G
A Best Effort 800M
D Burstable 700M
E Best Effort 500M

可以看到在本例中,QoS 等级为 Guaranteed 的 Pod 最先被驱逐。

2. 内存资源不足

下面是 kubelet 默认的关于节点内存资源的驱逐触发条件:

  • memory.available<100Mi

当内存使用量超过阈值时,kubelet 就会向 API Server 注册一个 MemoryPressure condition,此时 kubelet 不会接受新的 QoS 等级为 Best Effort 的 Pod 在该节点上运行,并按照以下顺序来驱逐 Pod:

  • Pod 的内存使用量是否超过了 request 指定的值
  • 根据 priority 排序,优先级低的 Pod 最先被驱逐
  • 比较它们的内存使用量与 request 指定的值之差。

按照这个顺序,可以确保 QoS 等级为 Guaranteed 的 Pod 不会在 QoS 等级为 Best Effort 的 Pod 之前被驱逐,但不能保证它不会在 QoS 等级为 Burstable 的 Pod 之前被驱逐。

如果一个 Pod 中有多个容器,kubelet 会根据 Pod 中所有容器相对于 request 的内存使用量与之和来进行排名。即所有容器的 (container_memory_usage_bytes 指标值与 container_resource_requests_memory_bytes 指标值的差)之和。

继续举例,假设某计算节点上运行着一系列已知 QoS 等级和内存使用量的 Pod:

Pod Name Pod QoS Memory requested Memory limits Memory usage
A Best Effort 0 0 700M
B Guaranteed 2Gi 2Gi 1.9G
C Burstable 1Gi 2Gi 1.8G
D Burstable 1Gi 2Gi 800M
E Best Effort 0 0 300M
F Guaranteed 2Gi 2Gi 1G

当节点的内存使用量超过阈值时,kubelet 会根据 Pod 相对于 request 的内存使用量来对 Pod 进行排名。排名如下所示:

Pod Name Pod QoS Memory requested Memory limits Memory usage 内存相对使用量
C Burstable 1Gi 2Gi 1.8G 800M
A Best Effort 0 0 700M 700M
E Best Effort 0 0 300M 300M
B Guaranteed 2Gi 2Gi 1.9G -100M
D Burstable 1Gi 2Gi 800M -200M
F Guaranteed 2Gi 2Gi 1G -1G

可以看到在本例中,可以看到在本例中,QoS 等级为 Guaranteed 的 Pod 在 QoS 等级为 Burstable 的 Pod 之前被驱逐。

当内存资源不足时,kubelet 在驱逐 Pod 时只会考虑 requests 和 Pod 的内存使用量,不会考虑 limits。

3. Node OOM (Out Of Memory)

因为 kubelet 默认每 10 秒抓取一次 cAdvisor 的监控数据,所以有可能在 kubelet 驱逐 Pod 回收内存之前发生内存使用量激增的情况,这时就有可能触发内核 OOM killer。这时删除容器的权利就由kubelet 转交到内核 OOM killer 手里,但 kubelet 仍然会起到一定的决定作用,它会根据 Pod 的 QoS 来设置其 oom_score_adj 值:

QoS oom_score_adj
Guaranteed -998
Burstable min(max(2, 1000 - (1000 * memoryRequestBytes) / machineMemoryCapacityBytes), 999)
pod-infra-container -998
kubelet, docker daemon, systemd service -999

如果该节点在 kubelet 通过驱逐 Pod 回收内存之前触发了 OOM 事件,OOM killer 就会采取行动来降低系统的压力,它会根据下面的公式来计算 oom_score 的值:

容器使用的内存占系统内存的百分比 + oom_score_adj = oom_score

OOM killer 会杀掉 oom_score_adj 值最高的容器,如果有多个容器的 oom_score_adj 值相同,就会杀掉内存使用量最多的容器(其实是因为内存使用量最多的容器的 oom_score 值最高)。关于 OOM 的更多内容请参考:Kubernetes 内存资源限制实战

假设某节点运行着 4 个 Pod,且每个 Pod 中只有一个容器。每个 QoS 类型为 Burstable 的 Pod 配置的内存 requests 是 4Gi,节点的内存大小为 30Gi。每个 Pod 的 oom_score_adj 值如下所示:

Pod Name Pod QoS oom_score_adj
A Best Effort 1000
B Guaranteed -998
C Burstable 867(根据上面的公式计算)
D Best Effort 1000

当调用 OOM killer 时,它首先选择 oom_score_adj 值最高的容器(1000),这里有两个容器的 oom_score_adj 值都是 1000,OOM killer 最终会选择内存使用量最多的容器。

4. 总结

  • 因为 kubelet 默认每 10 秒抓取一次 cAdvisor 的监控数据,所以可能在资源使用量低于阈值时,kubelet 仍然在驱逐 Pod。
  • kubelet 将 Pod 从节点上驱逐之后,Kubernetes 会将该 Pod 重新调度到另一个资源充足的节点上。但有时候 Scheduler 会将该 Pod 重新调度到与之前相同的节点上,比如设置了节点亲和性,或者该 Pod 以 Daemonset 的形式运行。

现在你应该理解了 kubelet 驱逐 Pod 的原理和过程,如果你在部署应用时设置了恰当的参数,知道了所有的可能性,你就能更好地掌控你的集群。

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