K8s新手系列之为Pod中的容器分配内存和CPU资源

概述

官方文档：

• 为容器和 Pod 分配内存资源
• 为容器和 Pods 分配 CPU 资源
• 分配 Pod 级别 CPU 和内存资源

在生产环境中，我们创建Pod时需要限制其相关的资源，核心目的是实现资源的合理管理、隔离和保障，具体原因如下：

• 资源隔离与稳定性保障

  • 防止资源竞争：多个容器或 Pod 共享节点资源时，若不限制资源使用，可能导致 “资源抢占” 问题。例如：
    1、某个高负载容器占用节点全部 CPU，导致其他容器因资源不足而卡顿或崩溃。
    2、内存使用无限制可能引发节点 OOM（Out of Memory），导致 K8s 强制杀死进程甚至节点宕机。

  • 确保服务可用性：通过设置资源下限（Request），保证关键应用至少获得必要的资源（如最低 CPU 和内存），避免因资源不足导致服务中断。

• 性能优化与可预测性

  • 限制资源上限（Limit）：为高负载容器设置 CPU / 内存上限，避免其无节制消耗资源，影响节点上的其他服务（如 K8s 系统组件）。
  • 资源可预测性：明确资源配额后，可通过监控和自动扩缩容（如 HPA）提前规划资源，确保应用在流量波动时保持稳定性能。

• 集群资源高效利用

  • 调度优化：K8s 调度器（Scheduler）根据 Pod 的资源请求（Request）进行节点选择，确保资源均衡分配，避免节点过载或闲置。

K8s资源分配的核心概念

K8s 通过资源请求（Request）和资源限制（Limit）管理 Pod或容器的资源使用，两者的区别如下：

• Request：容器正常运行所需的最小资源，用于调度时的节点资源匹配。
• limit：容器允许使用的最大资源，超过时会被 K8s 限制（CPU）或强制终止（内存）。

说明：

• CPU 单位：以核心（Core）为单位，支持小数（如0.5表示半个核心）或毫核（m，如100m=0.1 核心）。
• 内存单位：支持字节（Byte）或常见单位（如1Gi=1024^3 字节，1Mi=1024^2 字节，注意与 GB/MB 的区别）。

实战案例-为Pod的容器设置内存和CPU

示例：

# 定义资源清单文件
[root@master01 ~/pod]# cat cpu-pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        # 容器启动时请求的最小内存
        memory: "100Mi"
        # 容器启动时请求的最小 CPU (0.5 核心)
        cpu: "300m"
        #也可以这样
        #cpu: "0.5"
      limits:
        # 容器允许使用的最大内存
        memory: "200Mi"
        # 容器允许使用的最大 CPU (0.5 核心)
        cpu: "500m
[root@master01 ~/pod]# kubectl apply -f cpu-pod.yaml
pod/nginx-pod created
# 查看pod
[root@master01 ~/pod]# kubectl get po nginx-pod -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod   1/1     Running   0          12s   100.117.144.170   node01   <none>           <none>

查看一下Pod的资源分配

# 查看详细信息
[root@master01 ~/pod]# kubectl describe po nginx-pod | grep -A 2 -E 'Limits|Requests'
    Limits:
      cpu:     500m
      memory:  200Mi
    Requests:
      cpu:        300m
      memory:     100Mi

当Pod创建时请求的资源负载超出节点资源，会发生什么？

重新创建一个Pod：

[root@master01 ~/pod]# cat cpu-pod-01.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod-01
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest
    resources:
      requests:
        # 容器启动时请求的最小内存，设置为50G
        memory: "50Gi"
        # 容器启动时请求的最小 CPU，设置为50核心
        cpu: "50"
        #也可以这样
        #cpu: "0.5"
      limits:
        # 容器允许使用的最大内存，设置为50G
        memory: "200Gi"
        # 容器允许使用的最大 CPU，设置为50核心
        cpu: "50"

[root@master01 ~/pod]# kubectl apply -f cpu-pod-01.yaml
pod/nginx-pod-01 created

# 查看Pod，发现处于Pending状态
[root@master01 ~/pod]# kubectl get po nginx-pod-01 -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod-01   0/1     Pending   0          11s   <none>   <none>   <none>           <none>

经过上述的验证，发现当Pod的资源请求超出节点的资源时，Pod会处于Pending状态

# 查看详细信息
[root@master01 ~/pod]# kubectl describe po nginx-pod-01
Name:             nginx-pod-01
#...
Status:           Pending
IP:
IPs:              <none>
Containers:
  nginx-container:
    Image:      nginx:latest
    Port:       <none>
    Host Port:  <none>
    Limits:
      cpu:     50
      memory:  200Gi
    Requests:
      cpu:        50
      memory:     50Gi
# ... 省略万字
Events:
  Type     Reason            Age    From               Message
  ----     ------            ----   ----               -------
  Warning  FailedScheduling  2m42s  default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 Insufficient cpu, 1 Insufficient memory, 1 node(s) had untolerated taint {app: }, 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }. preemption: 0/3 nodes are available: 1 No preemption victims found for incoming pod, 2 Preemption is not helpful for scheduling..

如何修改指定Pod的资源限制

方式一：直接修改其资源清单文件

编辑对应的资源文件，重新应用即可

方式二：使用kubectl edit命令进行修改

直接使用kubectl edit命令进行修改

注意事项

• 如果为Pod设置了CPU和内存限制，当Pod运行中的资源负载超出了限制，那么Pod的状态会发生OOM，kubelet会重启当前的Pod

• 如果你为容器指定了 CPU 限制值但未为其设置 CPU 请求，Kubernetes 会自动为其 设置与 CPU 限制相同的 CPU 请求值。

• 如果你为容器指定了 memory 限制值但未为其设置 memory 请求，Kubernetes 会自动为其 设置与 memory 限制相同的 memory 请求值。

• 如果没有为Pod设置 CPU 和 memory 限制，那么Pod极有可能会占满节点的资源

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