Pod 原地升降配

最后更新时间：2023-03-30 18:26:22

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
在创建节点时设置自定义 kubelet 参数：feature-gates = EnableInPlacePodResize=true，如下图所示：
﻿
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: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo
  namespace: kather
spec:
  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 kather 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.memoy（由 128Mi 提升至 512Mi）。
# Kubectl 命令：
kubectl edit pod -n kather demo
4. 执行以下命令，查看 Pod 运行情况。
# Kubectl 命令：
kubectl describe pod -n kather 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。
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 <container-id> --format "{{ .HostConfig.Memory }}"
find /sys/fs/cgroup/memory -name "<container-id>*"
cat <container-memory-cgroup>/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。
状态值
描述
备注
Proposed
代表该 Pod 升降配的操作请求被提交。
-
Accepted
代表 Kubelet 发现 Pod 资源被修改，且节点上的资源足够 Admit 这个升降配后的 Pod。
-
Rejected
代表 Pod 升降配请求被驳回。
驳回原因：Pod 变配后 Request 的资源值大于节点的 Allocate 值。
Completed
代表 Pod 资源被成功修改，并变配后的资源设置在了容器上。
-
Deferred
代表由于某些问题当前升降配操作被推迟，推迟到 Pod 下次发生状态变化时再次触发变配。
可能出现的问题如下：
当前节点资源不够：节点 Allocate 资源量 - 其他 Pod 占用资源量 < 升降配 Pod 要求资源量。
状态落盘失败。
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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状态值	描述	备注
Proposed	代表该 Pod 升降配的操作请求被提交。	-
Accepted	代表 Kubelet 发现 Pod 资源被修改，且节点上的资源足够 Admit 这个升降配后的 Pod。	-
Rejected	代表 Pod 升降配请求被驳回。	驳回原因：Pod 变配后 Request 的资源值大于节点的 Allocate 值。
Completed	代表 Pod 资源被成功修改，并变配后的资源设置在了容器上。	-
Deferred	代表由于某些问题当前升降配操作被推迟，推迟到 Pod 下次发生状态变化时再次触发变配。	可能出现的问题如下：当前节点资源不够：节点 Allocate 资源量 - 其他 Pod 占用资源量 < 升降配 Pod 要求资源量。状态落盘失败。

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