Kubernetes最大/小CPU约束

Kubernetes为命名空间配置CPU最小和最大约束是一种资源限制机制，用于控制命名空间中运行的Pod所能使用的CPU资源。通过为命名空间设置CPU最小和最大约束，可以确保该命名空间中的应用程序能够获得足够的CPU资源，同时避免过度使用系统资源导致系统性能下降或出现故障。

本教程将介绍如何为命名空间中的容器和 Pod 设置其所使用的 CPU 资源的最小和最大值。可以通过 LimitRange 对象声明 CPU 的最小和最大值. 如果 Pod 不能满足 LimitRange 的限制，就无法在该命名空间中被创建。

一、准备

必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时必须配置 kubectl 命令行工具与集群通信。 建议在至少有两个不作为控制平面主机的节点的集群上运行本教程。 如果还没有集群，可以通过 Minikube 构建一个自己的集群，或者可以使用下面的 Kubernetes 练习环境之一：

• Killercoda
• 玩转 Kubernetes

在集群里必须要有创建命名空间的权限。集群中的每个节点都必须至少有 1.0 个 CPU 可供 Pod 使用。

二、创建命名空间

创建一个命名空间，以便本练习中创建的资源和集群的其余资源相隔离。

kubectl create namespace constraints-cpu-example

二、创建LimitRange和Pod

以下为 LimitRange 的示例清单：

apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
name: cpu-min-max-demo-lr
spec:
limits:
- max:
cpu: "800m"
min:
cpu: "200m"
type: Container

创建 LimitRange：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints.yaml --namespace=constraints-cpu-example

查看 LimitRange 详情：

kubectl get limitrange cpu-min-max-demo-lr --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果显示 CPU 的最小和最大限制符合预期。但需要注意的是，尽管在 LimitRange 的配置文件中没有声明默认值，默认值也会被自动创建。

limits:
- default:
cpu: 800m
defaultRequest:
cpu: 800m
max:
cpu: 800m
min:
cpu: 200m
type: Container

现在，每当在 constraints-cpu-example 命名空间中创建 Pod 时，或者某些其他的 Kubernetes API 客户端创建了等价的 Pod 时，Kubernetes 就会执行下面的步骤：

• 如果 Pod 中的任何容器未声明自己的 CPU 请求和限制，控制面将为该容器设置默认的 CPU 请求和限制；
• 确保该 Pod 中的每个容器的 CPU 请求至少 200 millicpu；
• 确保该 Pod 中每个容器 CPU 请求不大于 800 millicpu。

注意：当创建 LimitRange 对象时，也可以声明大页面和 GPU 的限制。 当这些资源同时声明了 default 和 defaultRequest 参数时，两个参数值必须相同。

以下为某个仅包含一个容器的 Pod 的清单。 该容器声明了 CPU 请求 500 millicpu 和 CPU 限制 800 millicpu。 这些参数满足了 LimitRange 对象为此名字空间规定的 CPU 最小和最大限制。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: constraints-cpu-demo
spec:
containers:
- name: constraints-cpu-demo-ctr
image: nginx
resources:
limits:
cpu: "800m"
requests:
cpu: "500m"

创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod.yaml --namespace=constraints-cpu-example

确认 Pod 正在运行，并且其容器处于健康状态：

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

查看 Pod 的详情：

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

输出结果显示该 Pod 的容器的 CPU 请求为 500 millicpu，CPU 限制为 800 millicpu。 这些参数满足 LimitRange 规定的限制范围。

resources:
limits:
cpu: 800m
requests:
cpu: 500m

三、删除Pod

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

四、创建超过CPU限制的Pod

这里给出了包含一个容器的 Pod 清单。容器声明了 500 millicpu 的 CPU 请求和 1.5 CPU 的 CPU 限制。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: constraints-cpu-demo-2
spec:
containers:
- name: constraints-cpu-demo-2-ctr
image: nginx
resources:
limits:
cpu: "1.5"
requests:
cpu: "500m"

尝试创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-2.yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果表明 Pod 没有创建成功，因为其中定义了一个无法被接受的容器。 该容器之所以无法被接受是因为其中设定了过高的 CPU 限制值：

Error from server (Forbidden): error when creating "examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-2.yaml":
pods "constraints-cpu-demo-2" is forbidden: maximum cpu usage per Container is 800m, but limit is 1500m.

五、创建不满足最小CPU请求的Pod

以下为某个只有一个容器的 Pod 的清单。该容器声明了 CPU 请求 100 millicpu 和 CPU 限制 800 millicpu。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: constraints-cpu-demo-3
spec:
containers:
- name: constraints-cpu-demo-3-ctr
image: nginx
resources:
limits:
cpu: "800m"
requests:
cpu: "100m"

尝试创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-3.yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果显示 Pod 没有创建成功，因为其中定义了一个无法被接受的容器。 该容器无法被接受的原因是其中所设置的 CPU 请求小于最小值的限制：

Error from server (Forbidden): error when creating "examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-3.yaml":
pods "constraints-cpu-demo-3" is forbidden: minimum cpu usage per Container is 200m, but request is 100m.

六、创建未声明CPU请求/限制的Pod

以下为一个只有一个容器的 Pod 的清单。该容器没有声明 CPU 请求，也没有声明 CPU 限制。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: constraints-cpu-demo-4
spec:
containers:
- name: constraints-cpu-demo-4-ctr
image: vish/stress

创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-4.yaml --namespace=constraints-cpu-example

查看 Pod 的详情：

kubectl get pod constraints-cpu-demo-4 --namespace=constraints-cpu-example --output=yaml

输出结果显示 Pod 的唯一容器的 CPU 请求为 800 millicpu，CPU 限制为 800 millicpu。

容器是怎样获得这些数值的呢？

resources:
limits:
cpu: 800m
requests:
cpu: 800m

因为这一容器没有声明自己的 CPU 请求和限制， 控制面会根据命名空间中配置 LimitRange 设置默认的 CPU 请求和限制。此时， Pod 可能已经运行起来也可能没有运行起来。 回想一下我们本次任务的先决条件是每个节点都至少有 1 CPU。 如果每个节点都只有 1 CPU，那将没有一个节点拥有足够的可分配 CPU 来满足 800 millicpu 的请求。 如果在用的节点恰好有 2 CPU，那么有可能有足够的 CPU 来满足 800 millicpu 的请求。

删除 Pod：

kubectl delete pod constraints-cpu-demo-4 --namespace=constraints-cpu-example

七、CPU最小/最大限制强制执行

只有当 Pod 创建或者更新时，LimitRange 为命名空间规定的 CPU 最小和最大限制才会被强制执行。 如果对 LimitRange 进行修改，那不会影响此前创建的 Pod。

八、最小/最大CPU限制范围动机

作为集群管理员，可能想设定 Pod 可以使用的 CPU 资源限制。例如：

• 集群中的每个节点有两个 CPU。不想接受任何请求超过 2 个 CPU 的 Pod， 因为集群中没有节点可以支持这种请求；
• 生产和开发部门共享一个集群。想允许生产工作负载消耗 3 个 CPU， 而开发部门工作负载的消耗限制为 1 个 CPU。 可以为生产和开发创建不同的命名空间，并且为每个命名空间都应用 CPU 限制。

九、清理

删除命名空间：

kubectl delete namespace constraints-cpu-example