Задание ресурсов CPU для контейнеров и Pod'ов

На этой странице показывается, как настроить запрос CPU и лимит CPU для контейнера. Контейнер не сможет использовать больше ресурсов CPU, чем для него ограничено. Если в системе есть свободное время CPU, контейнеру гарантируется выдача запрошенных им ресурсов CPU.

Подготовка к работе

Вам нужен Kubernetes кластер и инструмент командной строки kubectl должен быть настроен на связь с вашим кластером. Если у вас ещё нет кластера, вы можете создать, его используя Minikube, или вы можете использовать одну из песочниц Kubernetes:

• Katacoda
• Play with Kubernetes

На кластере должен быть хотя бы 1 доступный для работы CPU, чтобы запускать учебные примеры.

Для некоторых шагов с этой страницы понадобится запущенный сервер метрик на вашем кластере. Если сервер метрик уже запущен, следующие шаги можно пропустить.

Если вы используете Minikube, выполните следующую команду, чтобы запустить сервер метрик:

minikube addons enable metrics-server

Проверим, работает ли сервер метрик (или другой провайдер API ресурсов метрик, metrics.k8s.io), выполните команду:

kubectl get apiservices

Если API ресурсов метрик доступно, в выводе будет присутствовать ссылка на metrics.k8s.io.

NAME
v1beta1.metrics.k8s.io

Создание пространства имён

Создадим Namespace, чтобы создаваемые в этом упражнении ресурсы были изолированы от остального кластера.

kubectl create namespace cpu-example

Установка запроса CPU и лимита CPU

Чтобы установить запрос CPU для контейнера, подключите поле resources:requests в манифест ресурсов контейнера. Для установки ограничения по CPU подключите resources:limits.

В этом упражнении мы создадим Pod, имеющий один контейнер. Зададим для контейнера запрос в 0.5 CPU и лимит в 1 CPU. Конфигурационный файл для такого Pod'а:

pods/resource/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"

Раздел args конфигурационного файла содержит аргументы для контейнера в момент старта. Аргумент -cpus "2" говорит контейнеру попытаться использовать 2 CPU.

Создадим Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/cpu-request-limit.yaml --namespace=cpu-example

Удостоверимся, что Pod запущен:

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

Посмотрим детальную информацию о Pod'е:

kubectl get pod cpu-demo --output=yaml --namespace=cpu-example

В выводе видно, что Pod имеет один контейнер с запросом в 500 милли-CPU и с ограничением в 1 CPU.

resources:
  limits:
    cpu: "1"
  requests:
    cpu: 500m

Запустим kubectl top, чтобы получить метрики Pod'a:

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

В этом варианте вывода Pod'ом использовано 974 милли-CPU, что лишь чуть меньше заданного в конфигурации Pod'a ограничения в 1 CPU.

NAME                        CPU(cores)   MEMORY(bytes)
cpu-demo                    974m         <something>

Напомним, что установкой параметра -cpu "2" для контейнера было задано попытаться использовать 2 CPU, однако в конфигурации присутствует ограничение всего в 1 CPU. Использование контейнером CPU было отрегулировано, поскольку он попытался занять больше ресурсов, чем ему позволено.

Заметка: Другое возможное объяснение для выделения менее 1.0 CPU в отсутствии на ноде достаточного количества свободных CPU ресурсов. Напомним, что в начальных условиях для этого упражнения было наличие у кластера хотя бы 1 CPU, доступного для использования. Если контейнер запущен на ноде, имеющей в своём распоряжении всего 1 CPU, контейнер не сможет использовать более 1 CPU независимо от заданных для него ограничений.

Удалим Pod:

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

Единицы измерения CPU

Ресурсы CPU измеряются в CPU единицах. Один CPU, в Kubernetes, соответствует:

• 1 AWS vCPU
• 1 GCP Core
• 1 Azure vCore
• 1 гипертрединговое ядро на физическом процессоре Intel с Гипертредингом

Дробные значения возможны. Контейнер, запрашивающий 0.5 CPU, получит вполовину меньше ресурсов, чем контейнер, запрашивающий 1 CPU. Можно использовать окончание m для обозначения милли. Например, 100m CPU, 100 milliCPU и 0.1 CPU обозначают одно и то же. Точность выше 1m не поддерживается.

CPU всегда запрашивается в абсолютных величинах, не в относительных; 0.1 будет одинаковой частью от CPU для одноядерного, двухъядерного или 48-ядерного процессора.

Запрос ресурсов CPU больше доступного на ноде

Запросы и лимиты CPU устанавливаются для контейнеров, но также полезно рассматривать и Pod имеющим эти характеристики. Запросом CPU для Pod'а является сумма запросов CPU всех его контейнеров. Аналогично и лимит CPU для Pod'а - сумма всех ограничений CPU у его контейнеров.

Планирование Pod'а основано на запросах. Pod попадает в расписание запуска на ноде лишь в случае достаточного количества доступных ресурсов CPU на ноде, чтобы удовлетворить запрос CPU Pod'а.

В этом упражнении мы создадим Pod с запросом CPU, превышающим мощности любой ноды в вашем кластере. Ниже представлен конфигурационный файл для Pod'а с одним контейнером. Контейнер запрашивает 100 CPU, что почти наверняка превышет имеющиеся мощности любой ноды в кластере.

pods/resource/cpu-request-limit-2.yaml

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"

Создадим Pod:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/cpu-request-limit-2.yaml --namespace=cpu-example

Проверим статус Pod'а:

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

Вывод показывает Pending статус у Pod'а. То есть Pod не запланирован к запуску ни на одной ноде и будет оставаться в статусе Pending постоянно:

NAME         READY     STATUS    RESTARTS   AGE
cpu-demo-2   0/1       Pending   0          7m

Посмотрим подробную информацию о Pod'е, включающую в себя события:

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

В выводе отражено, что контейнер не может быть запланирован из-за нехватки ресурсов CPU на нодах:

Events:
  Reason                        Message
  ------                        -------
  FailedScheduling      No nodes are available that match all of the following predicates:: Insufficient cpu (3).

Удалим Pod:

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

Если ограничения на CPU не заданы

Если ограничения на использование контейнером CPU не установлены, возможны следующие варианты:

• У контейнера отсутствует верхняя граница количества CPU доступных ему ресурсов. В таком случае он может занять все ресурсы CPU, доступные на ноде, на которой он запущен.

• Контейнер запущен в пространстве имён, в котором задана стандартная величина ограничения ресурсов CPU. Тогда контейнеру автоматически присваивается это ограничение. Администраторы кластера могут использовать LimitRange, чтобы задать стандартную величину ограничения ресурсов CPU.

Мотивация для использования запросов и лимитов CPU

Вы можете распоряжаться ресурсами CPU на нодах вашего кластера эффективнее, если для запущенных контейнеров установлены запросы и ограничения на использование ресурсов CPU. Задание небольшого запроса CPU даёт Pod'у хорошие шансы быть запланированным. Установка лимита на ресурсы CPU, большего, чем запрос, позволяет достичь 2 вещей:

• При увеличении нагрузки Pod может задействовать дополнительные ресурсы CPU.
• Количество ресурсов CPU, которые Pod может задействовать при повышении нагрузки, ограничено некоторой разумной величиной.

Очистка

Удалим созданное для этого упражнения пространство имён:

kubectl delete namespace cpu-example

Что дальше

Для разработчиков приложений

• Assign Memory Resources to Containers and Pods

• Configure Quality of Service for Pods

Для администраторов кластера

• Configure Default Memory Requests and Limits for a Namespace

• Configure Default CPU Requests and Limits for a Namespace

• Configure Minimum and Maximum Memory Constraints for a Namespace

• Configure Minimum and Maximum CPU Constraints for a Namespace

• Configure Memory and CPU Quotas for a Namespace

• Configure a Pod Quota for a Namespace

• Configure Quotas for API Objects