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汪洋

即使慢,驰而不息,纵会落后,纵会失败,但一定可以达到他所向的目标。 - 鲁迅

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K8S Pod 各种驱逐场景

汪洋
2023-02-01 / 0 评论 / 6 点赞 / 582 阅读 / 4,503 字

Kubernetes Pod 被驱逐是什么意思?

它们被终止,通常是没有足够资源的结果。但是为什么会这样呢?

驱逐是指派给节点的 Pod 被终止的过程。Kubernetes 中最常见的情况之一是Preemption,为了在资源有限的节点中调度新的 Pod,需要终止另一个 Pod 以释放资源。

此外,Kubernetes 会不断检查资源并在需要时驱逐 Pod,这个过程称为节点压力驱逐。

在本文中,您将发现:

  • Pod 被驱逐的原因:抢占和节点压力
  • 抢占式驱逐
    • Pod 调度
    • Pod 优先级
    • 优先级示例
  • 节点压力驱逐
    • 服务质量等级
  • 其他类型的驱逐
    • API 发起的驱逐
    • 基于污点的驱逐
    • node 级别排空(drain)
  • Prometheus 中的 Pod 驱逐监控
  • 结论

Pod 被驱逐的原因:抢占和节点压力

在 Kubernetes 中发生 Pod 驱逐的原因有多种。最重要的是:

  • 抢占
  • 节点压力驱逐

抢占式驱逐

抢占是这样一个过程:如果一个新的 Pod 需要被调度,但是没有任何合适的节点拥有足够的资源,那么 kube-scheduler 将通过驱逐(终止)一些优先级较低的 Pod 来检查新的 Pod 是否可以成为那个节点的一部分。

我们先了解一下 Kubernetes 调度是如何工作的。

Pod 调度

Kubernetes 调度是将 Pod 分配给节点的过程。

默认情况下,有一个 Kubernetes 实体负责调度,称为 kube-scheduler 将在控制平面中运行。Pod 将以 Pending 状态启动,直到找到匹配的节点。

将 Pod 分配给节点的过程遵循以下顺序:

  • 过滤
  • 计分

过滤

在过滤步骤中, kube-scheduler 将选择当前 Pod 可能放置的所有节点。此处将考虑 Taints 和 Tolerations 等功能。完成后,它将有一个适合该 Pod 的节点列表。

计分

在评分步骤中, kube-scheduler 将获取上一步的结果列表并为每个节点分配一个分数。这样,候选节点从最适合到最不适合排序。如果两个节点的分数相同,kube-scheduler 会随机对它们进行排序。

但是,如果没有适合 Pod 运行的节点怎么办?

在这种情况下,Kubernetes 将启动抢占过程,尝试驱逐优先级较低的 Pod,以便分配新的 Pod。

Pod 优先级

在抢占过程中如何防止特定 Pod 被驱逐?

很有可能,一个特定的 Pod 对你来说很重要,永远不应该被终止。

这就是 Kubernetes 具有 Priority Classes 的原因。

优先级类是一个 Kubernetes 对象,它允许我们将数字优先级值映射到特定的 Pod。那些具有更高价值的 Pod 被归类为更重要并且不太可能被驱逐。

您可以使用以下方式查询当前的优先级:

kubectl get priorityclasses
kubectl get pc

NAME                      VALUE        GLOBAL-DEFAULT   AGE
system-cluster-critical   2000000000   false            2d
system-node-critical      2000001000   false            2d

优先级示例

让我们使用 Lovenstein 先生的 Berry Club 漫画做一个实际的例子:

共有三个 Pod 分别代表蓝莓、树莓和草莓:

NAME         READY   STATUS             RESTARTS   AGE
blueberry    1/1     Running            0          4h41m
raspberry    1/1     Running            0          58m
strawberry   1/1     Running            0          5h22m

并且有两个优先等级:真莓和假莓。第一个将具有更高的值,表示更高的优先级。

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: trueberry
value: 1000000
globalDefault: false
description: "This fruit is a true berry"

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: falseberry
value: 5000
globalDefault: false
description: "This fruit is a false berry"
  • 蓝莓 将具有 trueberry 优先级(值 = 1000000)
  • 树莓和草莓都将具有 falseberry 优先级(值 = 5000)

这意味着在抢占的情况下,树莓和草莓更有可能被驱逐,为更高优先级的 Pod 腾出空间。

然后通过将此添加到 Pod 定义来将优先级类分配给 Pod:

priorityClassName: trueberry

现在让我们尝试再添加三种水果,但要稍加改动。所有新水果都将包含更高的优先级,称为 trueberry。

由于三个新水果有节点无法满足的内存或 CPU 要求,kubelet驱逐所有优先级低于新水果的 Pod。Blueberry 保持运行,因为它具有更高的优先级。

NAME         READY   STATUS             RESTARTS   AGE
banana       0/1     ContainerCreating  0          2s
blueberry    1/1     Running            0          4h42m
raspberry    0/1     Terminating        0          59m
strawberry   0/1     Terminating        0          5h23m
tomato       0/1     ContainerCreating  0          2s
watermelon   0/1     ContainerCreating  0          2s

这是最终结果:

NAME         READY   STATUS             RESTARTS   AGE
banana       1/1     Running            0          3s
blueberry    1/1     Running            0          4h43m
tomato       1/1     Running            0          3s
watermelon   1/1     Running            0          3s

节点压力驱逐

除了抢占,Kubernetes 还会不断检查节点资源,如磁盘压力、CPU 或内存不足 (OOM)。

如果节点中的资源(如 CPU 或内存)消耗达到某个阈值,kubelet 将开始驱逐 Pod 以释放资源。将考虑服务质量 (QoS) 来确定驱逐顺序。

服务质量等级

在 Kubernetes 中,Pod 提供三个 QoS 类之一,这将定义在缺乏资源的情况下它们被驱逐的可能性,从不太可能到更有可能:

  • Guaranteed 有保证的
  • Burstable 可爆发的
  • BestEffort 尽最大努力

这些 QoS 等级是如何分配给 Pod 的?

这是基于对 CPU和内存的限制和请求。提醒一句:

  • Limits 限制:容器可以使用的最大资源量
  • Requests 请求:容器运行所需的最小资源量

Guaranteed

如果满足以下条件,Pod 将分配有保证的 QoS 等级:

  • Pod 中的所有容器都为 CPU 和内存设置了限制和请求。
  • Pod 中的所有容器都具有相同的 CPU Limit 和 CPU Request 值。
  • Pod 中所有容器都具有相同的 memory Limit 和 memory Request 值

Guaranteed Pod 在正常情况下不会被驱逐。

Burstable

如果满足以下条件,Pod 将分配有可突发的 QoS 等级:

  • 它没有 Guaranteed QoS 等级。
  • 已为 Pod 中的容器设置了 Limits 或 Requests 。

Burstable Pod 可以被驱逐,但比下一个类别更不可能。

BestEffort

如果出现以下情况,Pod 将分配有 BestEffort 的 QoS 等级:

  • Pod 中的任何容器都没有设置限制和请求。

在发生节点压力过程的情况下,BestEffort Pod 被驱逐的可能性最大。

| 重要提示:Limits 和 Requests 中可能还有其他资源,如 ephemeral-storage,但它们不用于 QoS Class 计算。

kubelet 按照以下顺序对要驱逐的 Pod 进行排序:
1、BestEffort 或 Burstable 使用量超过 requests 的 Pod
2、Burstable 使用量低于 requests 的 Pod 或者 GuaranteedPod

Kubernetes 将优先从第 1 组中驱逐 Pod,然后才会尝试在第 2 组驱逐。

上面的一些要点:

  • 如果您在容器中添加非常低的请求,它们的 Pod 可能会被分配到组 1,这意味着它更有可能被驱逐。
  • 你无法判断哪个特定的 Pod 将被驱逐,只是 Kubernetes 会尝试在第 2 组之前驱逐第 1 组中的 Pod。
  • GuaranteedPod 通常不会被驱逐:kubelet不会为了安排其他 Pod 而驱逐它们。但是如果某些系统服务需要更多资源,kubelet 将在必要时终止Guaranteed Pod。

其他类型的驱逐

本文重点介绍抢占和节点压力驱逐,但 Pod 也可以通过其他方式驱逐。例子包括:

API 发起的驱逐

可以使用 Kubernetes Eviction API 请求按需驱逐一个节点中的 Pod。

| https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.25/#create-eviction-pod-v1-core

基于污点的驱逐

借助 Kubernetes Taints and Tolerations,您可以指导如何将 Pod 分配给节点。但是,如果您NoExecute对现有节点应用污点,所有不能容忍它的 Pod 将立即被驱逐。

node 级别排空(drain)

有时节点变得不可用或者不想再在这些节点上工作时。kubectl cordon命令会阻止在其上安排新的 Pod,运行kubectl drain nodename也可以一次完全清空所有当前节点上 Pod。节点中的所有 Pod 都将被驱逐,遵守其正常终止限期。

Prometheus 中的 Pod 驱逐监控

可以使用 Prometheus 通过执行以下操作轻松监控 Pod 驱逐:

kube_pod_status_reason{reason="Evicted"} > 0

这将显示集群中所有被驱逐的 Pod。您还可以将它与 kube_pod_status_phase 结合,以提醒那些在 Pod 出现故障后被驱逐的。

如果想深入挖掘,请查看以下有关在 Prometheus 中监控资源的文章:

如何调整 Kubernetes 资源限制
https://sysdig.com/blog/kubernetes-resource-limits/

Kubernetes 容量规划:如何调整集群请求的大小
https://sysdig.com/blog/kubernetes-capacity-planning/

结论

在抢占(preemption)期间,Kubernetes 将尝试通过驱逐优先级较低的 Pod 释放资源,来安排新的 Pod 。使用优先级类别(Priority Classes),可以控制哪些 Pod 在抢占时更有可能继续运行,因为它们被驱逐的可能性较小。

在执行期间,Kubernetes 将检查节点压力并在需要时驱逐 Pod。使用 QoS classes,可以控制在节点压力的情况下哪些 Pod 更有可能被驱逐。

内存和 CPU 是节点中的重要资源,您需要配置 Pod、容器和节点以使用适量的内存和 CPU。如果您合理地管理这些资源,不仅可以降低成本,还可以确保重要流程无论如何都能继续运行。

| 作者:sysdig 原文:https://sysdig.com/blog/kubernetes-pod-evicted

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