如何为 Kubernetes Pod 设置默认 CPU 和内存限制

简介

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，可让你管理和扩展容器化应用程序。Kubernetes 的关键特性之一是能够为在 Pod 中运行的容器设置资源限制和请求。在本教程中，你将学习如何理解 Kubernetes 资源限制、设置默认资源限制，并将其应用于你的 Kubernetes 工作负载，以确保应用程序高效可靠地运行。

Skills Graph

理解 Kubernetes 资源限制

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，提供了一种管理和扩展容器化应用程序的方式。Kubernetes 的关键特性之一是能够为在 Pod 中运行的容器设置资源限制和请求。在本节中，我们将探讨 Kubernetes 资源限制的概念，以及如何使用它们来确保应用程序高效可靠地运行。

什么是 Kubernetes 资源限制？

Kubernetes 资源限制是一组约束条件，你可以为容器使用的资源（CPU 和内存）定义这些条件。这些限制确保容器不会消耗超过其允许的资源，防止它影响其他容器或整个系统的性能。

当你为容器定义资源限制时，你指定了容器允许使用的特定资源（CPU 或内存）的最大量。如果容器试图超过其资源限制，Kubernetes 将根据资源类型对容器进行节流或终止。

为什么要使用 Kubernetes 资源限制？

Kubernetes 资源限制至关重要，原因如下：

1. 公平性和隔离性：通过设置资源限制，你可以确保 Pod 或命名空间中的每个容器都能公平地共享可用资源，防止单个容器独占资源并影响其他容器的性能。
2. 可预测的性能：资源限制通过确保应用程序不超过其分配的资源，帮助你为应用程序维持可预测的性能，否则可能导致意外行为或崩溃。
3. 高效的资源利用：当你定义资源限制时，Kubernetes 可以更好地在节点上调度和打包你的容器，从而更有效地利用可用资源。
4. 成本优化：通过设置适当的资源限制，你可以避免过度配置资源，从而为你的 Kubernetes 集群节省成本。

定义 Kubernetes 资源限制

要在 Kubernetes 中为容器定义资源限制，你需要在容器规范中使用 resources 字段。以下是一个示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
    - name: my-container
      image: nginx
      resources:
        limits:
          cpu: 500m
          memory: 512Mi
        requests:
          cpu: 250m
          memory: 256Mi

在这个示例中，我们为 my-container 容器定义了以下资源限制和请求：

• CPU 限制：500 毫核（0.5 CPU）
• 内存限制：512 mebibytes（512 MiB）
• CPU 请求：250 毫核（0.25 CPU）
• 内存请求：256 mebibytes（256 MiB）

资源请求表示容器运行所需的最小资源量，而资源限制表示容器允许使用的最大资源量。

Kubernetes 将确保容器不会超过其资源限制，并会将容器调度到能够满足其资源请求的节点上。

在 Kubernetes 中设置默认资源限制

虽然为单个容器设置资源限制很重要，但这可能既耗时又容易出错，尤其是在大型 Kubernetes 部署中。为了解决这个问题，Kubernetes 提供了一个名为 LimitRange 的功能，它允许你在命名空间级别设置默认资源限制和请求。

理解 LimitRange

LimitRange 是一种 Kubernetes 资源，它允许你对特定命名空间中容器或 Pod 可消耗的资源量（CPU 和内存）设置约束。当在具有 LimitRange 的命名空间中创建容器或 Pod 时，Kubernetes 将自动应用 LimitRange 中定义的默认资源限制和请求，除非容器或 Pod 指定了其自己的资源限制和请求。

以下是一个 LimitRange 配置示例：

apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: limit-range
spec:
  limits:
    - default:
        cpu: 500m
        memory: 512Mi
      defaultRequest:
        cpu: 250m
        memory: 256Mi
      type: Container

在此示例中，我们定义了一个具有以下设置的 LimitRange 资源：

• 默认 CPU 限制：500 毫核（0.5 CPU）
• 默认内存限制：512 mebibytes（512 MiB）
• 默认 CPU 请求：250 毫核（0.25 CPU）
• 默认内存请求：256 mebibytes（256 MiB）

这些默认限制和请求将应用于在定义此 LimitRange 的命名空间中创建的任何容器，除非容器指定其自己的资源限制和请求。

将默认资源限制应用于 Kubernetes 工作负载

要应用 LimitRange 中定义的默认资源限制和请求，你可以创建一个新的命名空间并将 LimitRange 应用于它。以下是一个示例：

## 创建一个新的命名空间
kubectl create namespace my-namespace

## 将 LimitRange 应用于该命名空间
kubectl apply -f limit-range.yaml -n my-namespace

现在，在 my-namespace 命名空间中创建的任何 Pod 或容器将自动应用默认资源限制和请求，除非它们指定自己的资源设置。

你可以通过检查 my-namespace 命名空间中的 Pod 来验证应用的资源限制和请求：

kubectl get pods -n my-namespace -o yaml

在 Pod 规范中查找 resources 部分，它应反映 LimitRange 设置的默认限制和请求。

通过使用 LimitRange，你可以确保命名空间中的所有容器都有一组一致的资源限制和请求，从而更轻松地管理和优化整个 Kubernetes 集群中的资源使用。

将默认资源限制应用于 Kubernetes 工作负载

既然你已经了解了如何使用 LimitRange 设置默认资源限制，那么让我们来探讨如何将这些限制应用于你的 Kubernetes 工作负载，例如 Deployment、ReplicaSet 和 Pod。

将默认限制应用于 Kubernetes Deployment

当你创建一个 Kubernetes Deployment 时，你可以在 Pod 模板中为容器指定资源限制和请求。但是，如果你已经在命名空间中设置了 LimitRange，Kubernetes 将自动应用 LimitRange 中定义的默认限制和请求，除非你明确设置自己的资源设置。

以下是一个 Deployment 清单示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
        - name: my-container
          image: nginx

在这个示例中，我们没有为容器指定任何资源限制或请求。当在具有 LimitRange 的命名空间中创建此 Deployment 时，Kubernetes 将自动应用 LimitRange 中定义的默认资源限制和请求。

你可以通过检查 Deployment 来验证应用的资源限制和请求：

kubectl describe deployment my-deployment

在输出中查找 Resources 部分，它应反映 LimitRange 设置的默认限制和请求。

将默认限制应用于 Pod 和 ReplicaSet

同样的原则也适用于 Pod 和 ReplicaSet。如果你在具有 LimitRange 的命名空间中创建一个 Pod 或 ReplicaSet，Kubernetes 将自动应用 LimitRange 中定义的默认资源限制和请求，除非你明确设置自己的资源设置。

通过使用 LimitRange 设置默认资源限制和请求，你可以确保所有 Kubernetes 工作负载都有一组一致的资源约束，从而更轻松地管理和优化整个集群中的资源使用。

总结

在本教程中，你已经了解了 Kubernetes 资源限制的重要性以及如何为你的 Pod 设置默认资源限制。通过配置适当的资源限制，你可以确保为基于 Kubernetes 的应用程序实现公平的资源分配、可预测的性能、高效的资源利用以及成本优化。将默认资源限制应用于你的 Kubernetes 工作负载是有效管理和扩展容器化应用程序的关键一步。