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    Pod 原地升降配

    最后更新时间：2024-08-06 16:27:57
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      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-v1.22.5-tke.15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: 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.memory（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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