腾讯云容器服务Pod 原地升降配同尘科技

概述

根据 Kubernetes 的设计规范，Pod 运行过程中若需要临时修改容器参数，只能更新 PodSpec 后重新提交，这种方式会触发 Pod 删除重建，很难满足业务侧应对流量突发时无损变配诉求。原生节点针对 Pod 的 CPU、内存提供原地升降配能力，通过对 API Server 和 Kubelet 进行升级改造，支持在不重启 Pod 的情况下修改 CPU、内存的 request/limit 值。本文主要介绍 Pod 资源原地更新功能的适用场景、工作原理和使用方式。

前提条件

该功能仅支持原生节点。仅支持 Kubernetes 版本 1.16 及以上版本集群，需要保证小版本为：kubernetes-v1.16.3-tke.30 及以上kubernetes-v1.18.4-tke.28 及以上kubernetes-v1.20.6-tke.24 及以上kubernetes-v1.24.4-tke.7 及以上kubernetes-v1.26.1-tke.2 及以上在创建节点时设置自定义 kubelet 参数：feature-gates = EnableInPlacePodResize=true，如下图所示：


警告：已有节点增加当前 feature-gates 参数后会触发节点上的 Pod 重启，建议预先评估对业务的影响后再执行。

适用场景

1. 应对流量突发，保障业务稳定性

场景描述：动态修改 Pod 资源参数功能适用于临时性的调整，例如当 Pod 内存使用率逐渐升高，为避免触发 OOM（Out Of Memory）Killer，在不重启 Pod 的前提下提高内存的 Limit。
推荐动作：提升 CPU/ 内存的 limit 值。

2. 满足业务降本诉求，提高 CPU 利用率

场景描述：为保障线上应用的稳定性，管理员通常会预留相当数量的资源 Buffer 来应对上下游链路的负载波动，容器的 Request 配置会远高于其实际的资源利用率，导致集群资源利用率过低，造成大量资源浪费。
推荐动作：降低 CPU/ 内存的 request 值。

案例演示

验证场景

正在运行的业务 Pod，将其内存 limit 值由 128Mi 提升至 512Mi，修改后 limit 值生效且 Pod 不重建。

验证步骤

1. Kubectl 创建 pod-resize-demo.yaml 文件，YAML 内容如下所示。内存设定的 request 值为64Mi，limit 值为128Mi。

# Kubectl 命令：kubectl apply -f pod-resize-demo.yaml

apiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: demo  namespace: defaultspec:  containers:  - name: app    image: ubuntu    command: ["sleep", "3600"]    resources:      limits:        memory: "128Mi"        cpu: "500m"      requests:        memory: "64Mi"        cpu: "250m"

2. 查看待变配 Pod 的 Resource 值。

# Kubectl 命令：kubectl describe pod -n default demo

如下图所示，可变配 Pod 的 Annotation 中会有 tke.cloud.tencent.com/resource-status 字段，它标记了当前 Pod 实际使用资源和 Pod 的变配状态，Pod 的期望资源值会标记在每个 container 上。

 3. 更新 Pod 配置。
以提高 Pod 内存 Limit 值为例，Kubectl 修改字段 pod.spec.containers.resources.limits.memory（由 128Mi 提升至 512Mi）。

# Kubectl 命令：kubectl edit pod -n default demo

4. 执行以下命令，查看 Pod 运行情况。

# Kubectl 命令：kubectl describe pod -n default demo

如下图所示，Pod spec 中的资源和 Annotation 中的资源都变成了预期值“512Mi”，同时 Restart Count 为 0。

5. Pod 原地变配验证。
登录到部署了该Pod的服务器然后通过 docker 或 ctr 命令找到容器后，可以发现容器的元数据对于 memory 的限制已经被修改；同时，进入 memory cgroup 会发现对于内存的限制也被改成了期望值“512Mi”。

docker inspect  --format "{{ .HostConfig.Memory }}"

find /sys/fs/cgroup/memory -name "*"

cat /memory.limit_in_bytes

如下图所示：



工作原理

1. kubelet 将 Pod 当前的实际使用资源和变配状态以 json 格式存入 Annotation “tke.cloud.tencent.com/resource-status” 。其中 resizeStatus 字段代表升降配状态，详情请参见 升降配状态。

Annotations: tke.cloud.tencent.com/resource-status:  {"allocatedResources":[{"limits":{"cpu":"500m","memory":"128Mi"},"requests":{"cpu":"250m","memory":"64Mi"}}],"resizeStatus":""}

2. pod.spec.containers.resources 中的资源代表期望资源，即期望分配给 Pod 的资源。当期望资源被修改后，kubelet 会尝试修改 Pod 的实际资源，并将最终结果写入 Annotation 中。说明Pod 原地升降配的实现参考了社区 Kubernetes Enhancement Proposal 1287。

升降配状态

社区在高版本中的 Pod.Status 中添加了一些字段展示变配操作的状态，该状态同时和 Kube Scheduler 配合来完成调度工作。TKE 原生节点将类似的字段放在 Pod 的 Annotation 中，其中包括 Pod 的真实资源以及当前升降配操作执行状态。

执行状态如下图所示：



使用限制

为优先保障业务 Pod 运行的稳定性，需要对 Pod 原地升降配能力进行一些操作限制：1. 只允许修改 Pod 的 CPU 和 Memory 资源。2. 只有 PodSpec.Nodename 不为空的情况下才能修改 Pod 资源。3. 资源修改范围：Pod 内每个 Container 的 limit 值可以调高或者降低，降低CPU可能会导致业务降频，降低 Mem 可能失败（kubelet 会在随后的 syncLoop 中重试降低 Memory）。Pod 内每个 Container 的 request 值可以调高 / 调低，但向上修改不能超过 Container 的 limit 值。4. Container 未设置 request/limit 值场景：没有设置 limit 值的 Container 不允许设定新值。没有设置 request 值的 Container 向下变更配置时不允许低于100m。5. 修改 request/limit 值不允许切换 QoS 类型，即不允许在 burstable/guaranteed 之间变化。升降配时需要同时修改 request 和 limit 以保证 QoS 不变。
举例： [cpu-request: 30, cpu-limit: 50] 最多只能调整为 [cpu-request: 49, cpu-limit: 50]，禁止调整为 [cpu-request: 50, cpu-limit: 50]
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