为命名空间配置 CPU 最小和最大约束

本页介绍如何为命名空间中的容器和 Pod 设置其所使用的 CPU 资源的最小和最大值。你可以通过 LimitRange 对象声明 CPU 的最小和最大值. 如果 Pod 不能满足 LimitRange 的限制，就无法在该命名空间中被创建。

准备开始

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 建议在至少有两个节点的集群上运行本教程，且这些节点不作为控制平面主机。 如果你还没有集群，你可以通过 Minikube 构建一个你自己的集群，或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建：

• Killercoda
• 玩转 Kubernetes

在你的集群里你必须要有创建命名空间的权限。

集群中的每个节点都必须至少有 1.0 个 CPU 可供 Pod 使用。

请阅读 CPU 的含义 理解 "1 CPU" 在 Kubernetes 中的含义。

创建命名空间

创建一个命名空间，以便本练习中创建的资源和集群的其余资源相隔离。

kubectl create namespace constraints-cpu-example

创建 LimitRange 和 Pod

以下为 LimitRange 的示例清单：

admin/resource/cpu-constraints.yaml

apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: cpu-min-max-demo-lr
spec:
  limits:
  - max:
      cpu: "800m"
    min:
      cpu: "200m"
    type: Container

创建 LimitRange:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints.yaml --namespace=constraints-cpu-example

查看 LimitRange 详情：

kubectl get limitrange cpu-min-max-demo-lr --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果显示 CPU 的最小和最大限制符合预期。但需要注意的是，尽管你在 LimitRange 的配置文件中你没有声明默认值，默认值也会被自动创建。

limits:
- default:
    cpu: 800m
  defaultRequest:
    cpu: 800m
  max:
    cpu: 800m
  min:
    cpu: 200m
  type: Container

现在，每当你在 constraints-cpu-example 命名空间中创建 Pod 时，或者某些其他的 Kubernetes API 客户端创建了等价的 Pod 时，Kubernetes 就会执行下面的步骤：

• 如果 Pod 中的任何容器未声明自己的 CPU 请求和限制，控制面将为该容器设置默认的 CPU 请求和限制。

• 确保该 Pod 中的每个容器的 CPU 请求至少 200 millicpu。

• 确保该 Pod 中每个容器 CPU 请求不大于 800 millicpu。

以下为某个仅包含一个容器的 Pod 的清单。 该容器声明了 CPU 请求 500 millicpu 和 CPU 限制 800 millicpu 。 这些参数满足了 LimitRange 对象为此名字空间规定的 CPU 最小和最大限制。

admin/resource/cpu-constraints-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "800m"
      requests:
        cpu: "500m"

创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod.yaml --namespace=constraints-cpu-example

确认 Pod 正在运行，并且其容器处于健康状态：

kubectl get pod constraints-cpu-demo --namespace=constraints-cpu-example

查看 Pod 的详情：

kubectl get pod constraints-cpu-demo --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果显示该 Pod 的容器的 CPU 请求为 500 millicpu，CPU 限制为 800 millicpu。 这些参数满足 LimitRange 规定的限制范围。

resources:
  limits:
    cpu: 800m
  requests:
    cpu: 500m

删除 Pod

kubectl delete pod constraints-cpu-demo --namespace=constraints-cpu-example

尝试创建一个超过最大 CPU 限制的 Pod

这里给出了包含一个容器的 Pod 的配置文件。容器声明了 500 millicpu 的 CPU 请求和 1.5 CPU 的 CPU 限制。

admin/resource/cpu-constraints-pod-2.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo-2
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-2-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "1.5"
      requests:
        cpu: "500m"

尝试创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-2.yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果表明 Pod 没有创建成功，因为其中定义了一个无法被接受的容器。 该容器之所以无法被接受是因为其中设定了过高的 CPU 限制值：

Error from server (Forbidden): error when creating "examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-2.yaml":
pods "constraints-cpu-demo-2" is forbidden: maximum cpu usage per Container is 800m, but limit is 1500m.

尝试创建一个不满足最小 CPU 请求的 Pod

以下为某个只有一个容器的 Pod 的清单。该容器声明了 CPU 请求 100 millicpu 和 CPU 限制 800 millicpu。

admin/resource/cpu-constraints-pod-3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo-3
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-3-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "800m"
      requests:
        cpu: "100m"

尝试创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-3.yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出结果显示 Pod 没有创建成功，因为其中定义了一个无法被接受的容器。 该容器无法被接受的原因是其中所设置的 CPU 请求小于最小值的限制：

Error from server (Forbidden): error when creating "examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-3.yaml":
pods "constraints-cpu-demo-4" is forbidden: minimum cpu usage per Container is 200m, but request is 100m.

创建一个没有声明 CPU 请求和 CPU 限制的 Pod

以下为一个只有一个容器的 Pod 的清单。该容器没有声明 CPU 请求，也没有声明 CPU 限制。

admin/resource/cpu-constraints-pod-4.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo-4
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-4-ctr
    image: vish/stress

创建 Pod：

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/admin/resource/cpu-constraints-pod-4.yaml --namespace=constraints-cpu-example

查看 Pod 的详情：

kubectl get pod constraints-cpu-demo-4 --namespace=constraints-cpu-example --output=yaml

输出结果显示 Pod 的唯一容器的 CPU 请求为 800 millicpu，CPU 限制为 800 millicpu。

容器是怎样获得这些数值的呢？

resources:
  limits:
    cpu: 800m
  requests:
    cpu: 800m

因为这一容器没有声明自己的 CPU 请求和限制， 控制面会根据命名空间中配置 LimitRange 设置默认的 CPU 请求和限制。

此时，你的 Pod 可能已经运行起来也可能没有运行起来。 回想一下我们本次任务的先决条件是你的每个节点都至少有 1 CPU。 如果你的每个节点都只有 1 CPU，那将没有一个节点拥有足够的可分配 CPU 来满足 800 millicpu 的请求。 如果你在用的节点恰好有 2 CPU，那么有可能有足够的 CPU 来满足 800 millicpu 的请求。

删除你的 Pod：

kubectl delete pod constraints-cpu-demo-4 --namespace=constraints-cpu-example

CPU 最小和最大限制的强制执行

只有当 Pod 创建或者更新时，LimitRange 为命名空间规定的 CPU 最小和最大限制才会被强制执行。 如果你对 LimitRange 进行修改，那不会影响此前创建的 Pod。

最小和最大 CPU 限制范围的动机

作为集群管理员，你可能想设定 Pod 可以使用的 CPU 资源限制。例如：

• 集群中的每个节点有两个 CPU。你不想接受任何请求超过 2 个 CPU 的 Pod， 因为集群中没有节点可以支持这种请求。
• 你的生产和开发部门共享一个集群。你想允许生产工作负载消耗 3 个 CPU， 而开发部门工作负载的消耗限制为 1 个 CPU。 你可以为生产和开发创建不同的命名空间，并且为每个命名空间都应用 CPU 限制。

清理

删除你的命名空间：

kubectl delete namespace constraints-cpu-example

接下来

集群管理员参考：

• 为命名空间配置默认内存请求和限制
• 为命名空间配置内存限制的最小值和最大值
• 为命名空间配置 CPU 限制的最小值和最大值
• 为命名空间配置内存和 CPU 配额
• 为命名空间配置 Pod 配额
• 为 API 对象配置配额

应用开发者参考：

• 为容器和 Pod 分配内存资源
• 为容器和 Pod 分配 CPU 资源
• 为 Pod 配置服务质量