Kubernetes分配内存资源

在Kubernetes中，内存资源的分配对于容器和Pod的正常运行至关重要。为了确保容器能够获得所需的内存资源并避免过度使用，Kubernetes提供了内存请求（request）和内存限制（limit）的概念。通过合理地设置这两个参数，我们可以为容器分配适当的内存资源，从而保证其性能和稳定性。

一、准备

1、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

2、要获知版本信息，请输入 kubectl version.

3、集群中的每个节点必须拥有至少 300 MiB 的内存。

4、该页面上的一些步骤要求在集群中运行 metrics-server 服务。 如果已经有在运行中的 metrics-server，则可以跳过这些步骤。

如果运行的是 Minikube，可以运行下面的命令启用 metrics-server：

minikube addons enable metrics-server

要查看 metrics-server 或资源指标 API (metrics.k8s.io) 是否已经运行，请运行以下命令：

kubectl get apiservices

如果资源指标 API 可用，则输出结果将包含对 metrics.k8s.io 的引用信息。

NAME
v1beta1.metrics.k8s.io

二、创建命名空间

创建一个命名空间，以便将本练习中创建的资源与集群的其余部分隔离。

kubectl create namespace mem-example

三、指定内存请求和限制

要为容器指定内存请求，请在容器资源清单中包含 resources: requests 字段。 同理，要指定内存限制，请包含 resources: limits。

在本练习中，将创建一个拥有一个容器的 Pod。 容器将会请求 100 MiB 内存，并且内存会被限制在 200 MiB 以内。 这是 Pod 的配置文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: memory-demo
namespace: mem-example
spec:
containers:
- name: memory-demo-ctr
image: polinux/stress
resources:
requests:
memory: "100Mi"
limits:
memory: "200Mi"
command: ["stress"]
args: ["--vm", "1", "--vm-bytes", "150M", "--vm-hang", "1"]

配置文件的 args 部分提供了容器启动时的参数。 “–vm-bytes”, “150M” 参数告知容器尝试分配 150 MiB 内存。

开始创建 Pod：

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

验证 Pod 中的容器是否已运行：

kubectl get pod memory-demo --namespace=mem-example

查看 Pod 相关的详细信息：

kubectl get pod memory-demo --output=yaml --namespace=mem-example

输出结果显示：该 Pod 中容器的内存请求为 100 MiB，内存限制为 200 MiB。

...
resources:
requests:
memory: 100Mi
limits:
memory: 200Mi
...

运行 kubectl top 命令，获取该 Pod 的指标数据：

kubectl top pod memory-demo --namespace=mem-example

输出结果显示：Pod 正在使用的内存大约为 162,900,000 字节，约为 150 MiB。 这大于 Pod 请求的 100 MiB，但在 Pod 限制的 200 MiB之内。

NAME CPU(cores) MEMORY(bytes)
memory-demo <something> 162856960

删除 Pod：

kubectl delete pod memory-demo --namespace=mem-example

四、超过容器限制的内存

当节点拥有足够的可用内存时，容器可以使用其请求的内存。 但是，容器不允许使用超过其限制的内存。 如果容器分配的内存超过其限制，该容器会成为被终止的候选容器。 如果容器继续消耗超出其限制的内存，则终止容器。 如果终止的容器可以被重启，则 kubelet 会重新启动它，就像其他任何类型的运行时失败一样。

在本练习中，将创建一个 Pod，尝试分配超出其限制的内存。 这是一个 Pod 的配置文件，其拥有一个容器，该容器的内存请求为 50 MiB，内存限制为 100 MiB：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: memory-demo-2
namespace: mem-example
spec:
containers:
- name: memory-demo-2-ctr
image: polinux/stress
resources:
requests:
memory: "50Mi"
limits:
memory: "100Mi"
command: ["stress"]
args: ["--vm", "1", "--vm-bytes", "250M", "--vm-hang", "1"]

在配置文件的 args 部分中，可以看到容器会尝试分配 250 MiB 内存，这远高于 100 MiB 的限制。

创建 Pod：

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

查看 Pod 相关的详细信息：

kubectl get pod memory-demo-2 --namespace=mem-example

此时，容器可能正在运行或被杀。重复前面的命令，直到容器被杀：

NAME READY STATUS RESTARTS AGE
memory-demo-2 0/1 OOMKilled 1 24s

获取容器更详细的状态信息：

kubectl get pod memory-demo-2 --output=yaml --namespace=mem-example

输出结果显示：由于内存溢出（OOM），容器已被杀掉：

lastState:
terminated:
containerID: 65183c1877aaec2e8427bc95609cc52677a454b56fcb24340dbd22917c23b10f
exitCode: 137
finishedAt: 2017-06-20T20:52:19Z
reason: OOMKilled
startedAt: null

本练习中的容器可以被重启，所以 kubelet 会重启它。 多次运行下面的命令，可以看到容器在反复的被杀死和重启：

kubectl get pod memory-demo-2 --namespace=mem-example

输出结果显示：容器被杀掉、重启、再杀掉、再重启……：

kubectl get pod memory-demo-2 --namespace=mem-example
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
memory-demo-2 0/1 OOMKilled 1 37s

kubectl get pod memory-demo-2 --namespace=mem-example
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
memory-demo-2 1/1 Running 2 40s

查看关于该 Pod 历史的详细信息：

kubectl describe pod memory-demo-2 --namespace=mem-example

输出结果显示：该容器反复的在启动和失败：

... Normal Created Created container with id 66a3a20aa7980e61be4922780bf9d24d1a1d8b7395c09861225b0eba1b1f8511
... Warning BackOff Back-off restarting failed container

查看关于集群节点的详细信息：

kubectl describe nodes

输出结果包含了一条练习中的容器由于内存溢出而被杀掉的记录：

Warning OOMKilling Memory cgroup out of memory: Kill process 4481 (stress) score 1994 or sacrifice child

删除 Pod：

kubectl delete pod memory-demo-2 --namespace=mem-example

五、超过整个节点容量的内存

内存请求和限制是与容器关联的，但将 Pod 视为具有内存请求和限制，也是很有用的。 Pod 的内存请求是 Pod 中所有容器的内存请求之和。 同理，Pod 的内存限制是 Pod 中所有容器的内存限制之和。

Pod 的调度基于请求。只有当节点拥有足够满足 Pod 内存请求的内存时，才会将 Pod 调度至节点上运行。

在本练习中，将创建一个 Pod，其内存请求超过了集群中的任意一个节点所拥有的内存。 这是该 Pod 的配置文件，其拥有一个请求 1000 GiB 内存的容器，这应该超过了集群中任何节点的容量。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: memory-demo-3
namespace: mem-example
spec:
containers:
- name: memory-demo-3-ctr
image: polinux/stress
resources:
requests:
memory: "1000Gi"
limits:
memory: "1000Gi"
command: ["stress"]
args: ["--vm", "1", "--vm-bytes", "150M", "--vm-hang", "1"]

创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/memory-request-limit-3.yaml --namespace=mem-example

查看 Pod 状态：

kubectl get pod memory-demo-3 --namespace=mem-example

输出结果显示：Pod 处于 PENDING 状态。 这意味着，该 Pod 没有被调度至任何节点上运行，并且它会无限期的保持该状态：

kubectl get pod memory-demo-3 --namespace=mem-example
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
memory-demo-3 0/1 Pending 0 25s

查看关于 Pod 的详细信息，包括事件：

kubectl describe pod memory-demo-3 --namespace=mem-example

输出结果显示：由于节点内存不足，该容器无法被调度：

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

六、内存单位

内存资源的基本单位是字节（byte）。可以使用这些后缀之一，将内存表示为 纯整数或定点整数：E、P、T、G、M、K、Ei、Pi、Ti、Gi、Mi、Ki。 例如，下面是一些近似相同的值：

128974848, 129e6, 129M, 123Mi

删除 Pod：

kubectl delete pod memory-demo-3 --namespace=mem-example

七、如果没有指定内存限制

如果没有为一个容器指定内存限制，则自动遵循以下情况之一：

• 容器可无限制地使用内存。容器可以使用其所在节点所有的可用内存， 进而可能导致该节点调用 OOM Killer。 此外，如果发生 OOM Kill，没有资源限制的容器将被杀掉的可行性更大；
• 运行的容器所在命名空间有默认的内存限制，那么该容器会被自动分配默认限制。 集群管理员可用使用 LimitRange 来指定默认的内存限制。

八、内存请求和限制目的

通过为集群中运行的容器配置内存请求和限制，可以有效利用集群节点上可用的内存资源。 通过将 Pod 的内存请求保持在较低水平，可以更好地安排 Pod 调度。 通过让内存限制大于内存请求，可以完成两件事：

• Pod 可以进行一些突发活动，从而更好的利用可用内存；
• Pod 在突发活动期间，可使用的内存被限制为合理的数量。

九、清理

删除命名空间。下面的命令会删除根据这个任务创建的所有 Pod：

kubectl delete namespace mem-example