一.系统环境
二.前言
三.Kubernetes资源限制简介
四.创建没有资源限制的pod
- 4.1 创建没有资源限制的pod
- 4.2 内存消耗测试
五.使用resources字段配置资源限制
- 5.1 限制最低内存
- 5.2 限制最低CPU
- 5.3 限制最低CPU和最高内存
- 5.4 内存消耗测试
六.使用LimitRange限制资源范围
七.同时使用LimitRange和resource字段配置资源限制
八.使用ResourceQuota资源配额管理
九.总结

一.系统环境

本文主要基于Kubernetes1.21.9和Linux操作系统CentOS7.4。

服务器版本	docker软件版本	Kubernetes(k8s)集群版本	CPU架构
CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)	Docker version 20.10.12	v1.21.9	x86_64

Kubernetes集群架构：k8scloude1作为master节点，k8scloude2，k8scloude3作为worker节点。

服务器	操作系统版本	CPU架构	进程	功能描述
k8scloude1/192.168.110.130	CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)	x86_64	docker，kube-apiserver，etcd，kube-scheduler，kube-controller-manager，kubelet，kube-proxy，coredns，calico	k8s master节点
k8scloude2/192.168.110.129	CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)	x86_64	docker，kubelet，kube-proxy，calico	k8s worker节点
k8scloude3/192.168.110.128	CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)	x86_64	docker，kubelet，kube-proxy，calico	k8s worker节点

二.前言

在Kubernetes中，资源限制是一种管理和控制容器资源使用的重要机制。通过资源限制，我们可以为容器分配适当的计算资源，确保集群的稳定性和性能。

本篇博客将介绍Kubernetes中的资源限制的概念，并详细说明如何使用resources、LimitRange和ResourceQuota来管理容器资源。

使用Kubernetes资源限制的前提是已经有一套可以正常运行的Kubernetes集群，关于Kubernetes(k8s)集群的安装部署，可以查看博客《Centos7 安装部署Kubernetes(k8s)集群》https://www.cnblogs.com/renshengdezheli/p/16686769.html。

三.Kubernetes资源限制简介

在Kubernetes中，资源限制是一种指定容器在节点上可使用的资源量的方法。资源主要包括计算资源（如CPU和内存），还可以包括其他扩展资源（如GPU、存储等）。通过资源限制，我们可以控制容器对集群资源的使用，并确保不同容器之间的资源分配合理，避免资源竞争和冲突。

四.创建没有资源限制的pod

4.1 创建没有资源限制的pod

在kubernetes集群的所有节点下载centos镜像。

[root@k8scloude1 ~]# cd safe/

[root@k8scloude1 safe]# docker pull hub.c.163.com/library/centos:latest

[root@k8scloude2 ~]# docker pull hub.c.163.com/library/centos:latest

[root@k8scloude3 ~]# docker pull hub.c.163.com/library/centos:latest

准备好memload安装包，memload是内存消耗测试工具。

[root@k8scloude1 safe]# ls  memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm
memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm

如下yaml文件功能为：使用hub.c.163.com/library/centos:latest镜像创建一个休眠10000000秒的pod。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    #command: ["sh","-c","sleep 10000000"]指定容器启动时要执行的命令，这里是在容器内部执行一个sleep命令，休眠时间为10000000秒。
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: {}
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

查看pod，可以看到pod运行在k8scloude2节点上。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   1/1     Running   0          7s    10.244.112.180   k8scloude2

4.2 内存消耗测试

把memload安装包拷贝到pod里面。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl cp memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm podtest:/opt

进入pod里面。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl exec -it podtest -- bash

#memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm安装包已经在容器里了
[root@podtest /]# ls /opt/
memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm

#安装memload
[root@podtest /]# rpm -ivh /opt/memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm 
Preparing...                          ################################# [100%]
Updating / installing...
   1:memload-7.0-1.r29766             ################################# [100%]
   
#在pod里面执行memload 1024，使其消耗1024M的内存   
[root@podtest /]# memload 1024
Attempting to allocate 1024 Mebibytes of resident memory...
^C

因为podtest运行在k8scloude2节点上，所以在k8scloude2节点上观察内存消耗情况，podtest里没执行memload 1024之前，k8scloude2节点内存消耗情况如下。

[root@k8scloude2 ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2920         692         660          17        1567        1910
Swap:             0           0           0

在podtest里执行memload 1024之后，k8scloude2节点内存消耗情况如下。

[root@k8scloude2 ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2920        1718         101          17        1099         886
Swap:             0           0           0

podtest里取消执行memload 1024之后，内存消耗降下来了。

[root@k8scloude2 ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2920         688        1126          17        1105        1916
Swap:             0           0           0

在podtest里继续执行memload 1500，使其消耗1500M的内存。

[root@podtest /]# memload 1500
Attempting to allocate 1500 Mebibytes of resident memory...
^C

在k8scloude2节点上继续观察内存消耗。

首先清除一下缓存。

[root@k8scloude2 ~]# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

podtest里没执行memload 1500之前，k8scloude2节点内存消耗情况如下。

[root@k8scloude2 ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2920         670        1770          17         479        1957
Swap:             0           0           0

在podtest里执行memload 1500之后，k8scloude2节点内存消耗情况如下。

[root@k8scloude2 ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2920        2178         134          17         607         448
Swap:             0           0           0

podtest里取消执行memload 1500之后，内存消耗降下来了。

[root@k8scloude2 ~]# free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           2920         671        1640          17         608        1956
Swap:             0           0           0

删除pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod 
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
podtest   1/1     Running   0          26m

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod 
No resources found in safe namespace.

由此我们可以发现：现在没有对pod进行资源限制，pod可以无限制的使用内存，CPU等等，接下来对pod进行资源限制。

五.使用resources字段配置资源限制

在Kubernetes中，resources字段是一种用于定义和管理容器资源需求和限制的对象。通过指定资源请求和限制，Kubernetes可以根据集群的可用资源进行调度和管理。

资源包括计算资源（如CPU和内存）以及其他可选的扩展资源（如GPU、存储等）。通过合理配置资源，我们可以避免容器之间的资源竞争和冲突，提高应用程序的性能和可靠性。

5.1 限制最低内存

修改yaml文件，对pod的资源限制可以通过pod里的resource字段来限制，resources里的requests字段表示容器所在节点资源的最小值，最低要求，满足不了这个要求pod创建不成功。

requests:memory: 100Gi表示podtest最低要求100Gi内存，满足不了，pod就创建失败。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    #command: ["sh","-c","sleep 10000000"]指定容器启动时要执行的命令，这里是在容器内部执行一个sleep命令，休眠时间为10000000秒。
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: 
      #requests:memory: 100Gi表示podtest最低要求100Gi内存，满足不了pod就创建失败。
      requests:
        memory: 100Gi
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

查看pod，我们现在的机器环境满足不了100G的内存要求，所以pod状态为Pending。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   0/1     Pending   0          9s

删除pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

5.2 限制最低CPU

修改yaml文件，requests:cpu: 4 表示podtest最低要求有4核CPU，满足不了，pod就创建失败。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    #command: ["sh","-c","sleep 10000000"]指定容器启动时要执行的命令，这里是在容器内部执行一个sleep命令，休眠时间为10000000秒。
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: 
      #requests:cpu: 4 表示podtest最低要求有4核CPU，满足不了，pod就创建失败
      requests:
        cpu: 4
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

查看pod，4核CPU无法满足，pod状态为Pending。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   0/1     Pending   0          13s

删除pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

修改yaml文件，requests:cpu: 3 表示podtest最低要求有3核CPU，满足不了，pod就创建失败。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: 
      #requests:cpu: 3 表示podtest最低要求有3核CPU，满足不了，pod就创建失败
      requests:
        cpu: 3
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

requests:cpu: 3 要求有3核CPU之后，podtest满足条件，pod就运行起来了。requests:cpu: 3 可以换成requests:cpu: 3000m ，两者是等价的，1核等于1000个微核心。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   1/1     Running   0          4s    10.244.112.170   k8scloude2

查看节点负载。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl top node 
W0323 08:56:05.755124   39033 top_node.go:119] Using json format to get metrics. Next release will switch to protocol-buffers, switch early by passing --use-protocol-buffers flag
NAME         CPU(cores)   CPU%   MEMORY(bytes)   MEMORY%   
k8scloude1   311m         7%     1429Mi          50%       
k8scloude2   172m         4%     839Mi           29%       
k8scloude3   188m         4%     959Mi           34%

查看safe命名空间的pod负载。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl top pod -n safe
W0323 08:56:47.844614   39714 top_pod.go:140] Using json format to get metrics. Next release will switch to protocol-buffers, switch early by passing --use-protocol-buffers flag
NAME      CPU(cores)   MEMORY(bytes)   
podtest   0m           2Mi

删除pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod
No resources found in safe namespace.

5.3 限制最低CPU和最高内存

修改yaml文件，resources:limits表示容器消耗资源最大值，limits: memory: 500Mi 表示容器最多消耗500M内存，requests:cpu: 300m 表示podtest最低要求有300个微核心，满足不了，pod就创建失败。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    #command: ["sh","-c","sleep 10000000"]指定容器启动时要执行的命令，这里是在容器内部执行一个sleep命令，休眠时间为10000000秒。
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: 
      #requests:cpu: 300m 表示podtest最低要求有300个微核心，满足不了，pod就创建失败
      requests:
        cpu: 300m
      #limits: memory: 500Mi 表示容器最多消耗500M内存  
      limits:
        memory: 500Mi
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

查看pod，pod创建成功。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   1/1     Running   0          7s    10.244.112.188   k8scloude2

5.4 内存消耗测试

再次进行资源消耗测试，把memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm安装包拷贝到podtest里。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl cp memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm podtest:/opt

进入pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl exec -it podtest -- bash

#安装memload
[root@podtest /]# rpm -ivh /opt/memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm 
Preparing...                          ################################# [100%]
Updating / installing...
   1:memload-7.0-1.r29766             ################################# [100%]
   
#memload 1024消耗1024M内存就自动 killed了 
[root@podtest /]# memload 1024
Attempting to allocate 1024 Mebibytes of resident memory...
Killed   

#memload 600消耗600M内存就自动 killed了 
[root@podtest /]# memload 600 
Attempting to allocate 600 Mebibytes of resident memory...
Killed

#memload 490消耗490M内存就可以
[root@podtest /]# memload 490
Attempting to allocate 490 Mebibytes of resident memory...
^C

#退出pod
[root@podtest /]# exit
exit
command terminated with exit code 130

可以发现内存消耗不能大于limits:memory: 500Mi，大于500M的内存设置就会OOM Killed，资源限制成功。

删除pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod 
No resources found in safe namespace.

六.使用LimitRange限制资源范围

LimitRange是一种用于限制容器资源使用的配置对象。它允许集群管理员定义资源的最小和最大限制，并确保容器在这些限制范围内使用资源。

通过使用LimitRange，可以避免容器使用过多或过少的资源，保护集群免受资源耗尽和应用程序崩溃的影响。

默认情况下， Kubernetes 集群上的容器运行使用的计算资源没有限制。使用 Kubernetes 资源配额，管理员（也称为集群操作者）可以在一个指定的命名空间内限制集群资源的使用与创建。在命名空间中，一个 Pod 最多能够使用命名空间的资源配额所定义的 CPU 和内存用量。作为集群操作者或命名空间级的管理员，你可能也会担心如何确保一个 Pod 不会垄断命名空间内所有可用的资源。

LimitRange 是限制命名空间内可为每个适用的对象类别（例如 Pod 或 PersistentVolumeClaim）指定的资源分配量（限制和请求）的策略对象。

一个 LimitRange（限制范围）对象提供的限制能够做到：

在一个命名空间中实施对每个 Pod 或 Container 最小和最大的资源使用量的限制。
在一个命名空间中实施对每个 PersistentVolumeClaim 能申请的最小和最大的存储空间大小的限制。
在一个命名空间中实施对一种资源的申请值和限制值的比值的控制。
设置一个命名空间中对计算资源的默认申请/限制值，并且自动的在运行时注入到多个 Container 中。

当某命名空间中有一个 LimitRange 对象时，将在该命名空间中实施 LimitRange 限制。

如下LimitRange的功能为：创建了一个名为”mem-limit-range”的LimitRange资源对象，用于限制容器的内存使用范围。容器的内存限制在256Mi到512Mi之间，并且仅适用于容器。

[root@k8scloude1 safe]# vim limitRange.yaml

[root@k8scloude1 safe]# cat limitRange.yaml 
apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: mem-limit-range
spec:
  limits:
  #memory: 512Mi：设置容器的最大内存限制为512MiB。
  - max:
      memory: 512Mi
    #memory: 256Mi：设置容器的最小内存限制为256MiB。  
    min:
      memory: 256Mi
    #type: Container：指定这些限制适用于容器。  
    type: Container

创建LimitRange。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f limitRange.yaml 
limitrange/mem-limit-range created

查看LimitRange。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get LimitRange
NAME              CREATED AT
mem-limit-range   2022-03-23T01:23:04Z

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get -f limitRange.yaml 
NAME              CREATED AT
mem-limit-range   2022-03-23T01:23:04Z

查看mem-limit-range的描述信息。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl describe LimitRange mem-limit-range
Name:       mem-limit-range
Namespace:  safe
Type        Resource  Min    Max    Default Request  Default Limit  Max Limit/Request Ratio
----        --------  ---    ---    ---------------  -------------  -----------------------
Container   memory    256Mi  512Mi  512Mi            512Mi          -

[root@k8scloude1 safe]# kubectl describe -f limitRange.yaml 
Name:       mem-limit-range
Namespace:  safe
Type        Resource  Min    Max    Default Request  Default Limit  Max Limit/Request Ratio
----        --------  ---    ---    ---------------  -------------  -----------------------
Container   memory    256Mi  512Mi  512Mi            512Mi          -

使用hub.c.163.com/library/centos:latest镜像创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    #command: ["sh","-c","sleep 10000000"]指定容器启动时要执行的命令，这里是在容器内部执行一个sleep命令，休眠时间为10000000秒。
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: {} 
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   1/1     Running   0          7s    10.244.112.189   k8scloude2

把memload安装包拷贝到podtest里。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl cp memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm podtest:/opt

进入pod，进行内存消耗测试。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl exec -it podtest -- bash

#安装memload
[root@podtest /]# rpm -ivh /opt/memload-7.0-1.r29766.x86_64.rpm 
Preparing...                          ################################# [100%]
Updating / installing...
   1:memload-7.0-1.r29766             ################################# [100%]

#memload 1024表示消耗1024M内存，1024M内存超过limits:max:memory: 512Mi，直接就Killed
[root@podtest /]# memload 1024
Attempting to allocate 1024 Mebibytes of resident memory...
Killed

#memload 500 表示消耗500M内存，500M小于limits:max:memory: 512Mi，成功消耗内存
[root@podtest /]# memload 500 
Attempting to allocate 500 Mebibytes of resident memory...
^C

[root@podtest /]# exit
exit
command terminated with exit code 130

可以发现容器内存设置不能超过limits:max:memory: 512Mi，成功进行资源限制。

删除pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

七.同时使用LimitRange和resource字段配置资源限制

修改yaml文件，resources字段和LimitRange都进行了资源限制，requests:memory: 200Mi表示podtest最低要求200Mi内存，满足不了pod就创建失败，limits: memory: 600Mi 表示容器最多消耗600Mi内存。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources:
      #requests:memory: 200Mi表示podtest最低要求200Mi内存，满足不了pod就创建失败。
      requests:
        memory: 200Mi 
      #limits: memory: 600Mi 表示容器最多消耗600Mi内存    
      limits:
        memory: 600Mi 
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

LimitRange的限制范围为256Mi到512Mi内存。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get LimitRange
NAME              CREATED AT
mem-limit-range   2022-03-23T01:23:04Z

[root@k8scloude1 safe]# kubectl describe -f limitRange.yaml 
Name:       mem-limit-range
Namespace:  safe
Type        Resource  Min    Max    Default Request  Default Limit  Max Limit/Request Ratio
----        --------  ---    ---    ---------------  -------------  -----------------------
Container   memory    256Mi  512Mi  512Mi            512Mi          -

创建pod，pod创建失败，只有满足LimitRange min

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
Error from server (Forbidden): error when creating "pod.yaml": pods "podtest" is forbidden: [minimum memory usage per Container is 256Mi, but request is 200Mi, maximum memory usage per Container is 512Mi, but limit is 600Mi]

修改yaml文件，requests:memory: 300Mi表示podtest最低要求300Mi内存，满足不了pod就创建失败，limits: memory: 500Mi 表示容器最多消耗500M内存。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources:
      #requests:memory: 300Mi表示podtest最低要求300Mi内存，满足不了pod就创建失败。
      requests:
        memory: 300Mi 
      #limits: memory: 500Mi 表示容器最多消耗500M内存    
      limits:
        memory: 500Mi 
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

LimitRange的限制范围为256Mi到512Mi内存。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl describe -f limitRange.yaml 
Name:       mem-limit-range
Namespace:  safe
Type        Resource  Min    Max    Default Request  Default Limit  Max Limit/Request Ratio
----        --------  ---    ---    ---------------  -------------  -----------------------
Container   memory    256Mi  512Mi  512Mi            512Mi          -

创建pod，pod创建成功，因为满足LimitRange min

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
podtest   1/1     Running   0          7s    10.244.112.190   k8scloude2

如果resources字段和LimitRange都进行了资源限制，最终是resources字段生效，容器内存设置不能大于500Mi。

删除limitrange和pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete -f limitRange.yaml 
limitrange "mem-limit-range" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

八.使用ResourceQuota资源配额管理

ResourceQuota是一种用于限制命名空间内资源使用的对象。它允许集群管理员对命名空间中的资源使用进行配额管理，确保不同的团队或项目之间资源的公平分配和有效利用。

使用ResourceQuota，可以限制命名空间中的CPU、内存和其他资源的总量，防止资源滥用和浪费。

资源配额，通过 ResourceQuota 对象来定义，对每个命名空间的资源消耗总量提供限制。它可以限制命名空间中某种类型的对象的总数目上限，也可以限制命名空间中的 Pod 可以使用的计算资源的总上限。

资源配额的工作方式如下：

不同的团队可以在不同的命名空间下工作。这可以通过 RBAC 强制执行。
集群管理员可以为每个命名空间创建一个或多个 ResourceQuota 对象。
当用户在命名空间下创建资源（如 Pod、Service 等）时，Kubernetes 的配额系统会跟踪集群的资源使用情况，以确保使用的资源用量不超过 ResourceQuota 中定义的硬性资源限额。
如果资源创建或者更新请求违反了配额约束，那么该请求会报错（HTTP 403 FORBIDDEN），并在消息中给出有可能违反的约束。
如果命名空间下的计算资源（如 cpu 和 memory）的配额被启用，则用户必须为这些资源设定请求值（request）和约束值（limit），否则配额系统将拒绝 Pod 的创建。提示: 可使用 LimitRanger 准入控制器来为没有设置计算资源需求的 Pod 设置默认值。

简而言之，resourcequota 配额就是用来设置一个命名空间最多能创建多少个对象，比如能创建多少svc，能创建多少pod/deploy。

如下yaml文件功能为：使用hub.c.163.com/library/centos:latest镜像创建一个休眠10000000秒的pod。

[root@k8scloude1 safe]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 safe]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: centos
    image: hub.c.163.com/library/centos:latest
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    #command: ["sh","-c","sleep 10000000"]指定容器启动时要执行的命令，这里是在容器内部执行一个sleep命令，休眠时间为10000000秒。
    command: ["sh","-c","sleep 10000000"]
    resources: {}
  dnsPolicy: ClusterFirst
  restartPolicy: Always
status: {}

创建pod。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f pod.yaml 
pod/podtest created

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
podtest   1/1     Running   0          3s

给podtest创建4个svc，关于svc的详细内容，请查看博客《Kubernetes(k8s)服务service：service的发现和service的发布》。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc1 pod podtest --port=80
service/svc1 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc2 pod podtest --port=80
service/svc2 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc3 pod podtest --port=80
service/svc3 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc4 pod podtest --port=80
service/svc4 exposed

可以发现，此时可以创建很多个svc。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get svc -o wide
NAME   TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
svc1   ClusterIP   10.98.89.245             80/TCP    21s   test=podtest
svc2   ClusterIP   10.109.215.162           80/TCP    15s   test=podtest
svc3   ClusterIP   10.96.10.12              80/TCP    12s   test=podtest
svc4   ClusterIP   10.109.113.59            80/TCP    7s    test=podtest

删除svc。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete svc svc1 svc2 svc3 svc4
service "svc1" deleted
service "svc2" deleted
service "svc3" deleted
service "svc4" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get svc -o wide
No resources found in safe namespace.

现在还没有资源配额resourcequotas。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get resourcequotas 
No resources found in safe namespace.

配置ResourceQuota，功能为创建了一个名为”resourcequota”的ResourceQuota资源对象，用于限制集群中的资源配额。使用该ResourceQuota，最多只能创建4个Pod和4个Service。当达到或超过这些限制时，将无法再创建新的Pod或Service，从而避免过度消耗资源并提高整个集群的可靠性和稳定性。

[root@k8scloude1 safe]# vim resourcequotas.yaml 

#只能创建4个pod和4个svc
[root@k8scloude1 safe]# cat resourcequotas.yaml 
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: resourcequota
spec:
  #hard：指定资源的硬性限制，即最大允许使用的资源数量。
  hard:
    #pods: "4"：设置该集群中最多可以创建4个Pod。
    pods: "4"
    #services: "4"：设置该集群中最多可以创建4个Service。
    services: "4"

创建ResourceQuota。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl apply -f resourcequotas.yaml 
resourcequota/resourcequota created

查看ResourceQuota。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get resourcequotas 
NAME            AGE   REQUEST                    LIMIT
resourcequota   6s    pods: 1/4, services: 0/4

现在有1个pod，0个service。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get pod
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
podtest   1/1     Running   0          10m

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get svc
No resources found in safe namespace.

查看resourcequota的描述信息。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl describe -f resourcequotas.yaml 
Name:       resourcequota
Namespace:  safe
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
pods        1     4
services    0     4

创建svc。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc1 pod podtest --port=80
service/svc1 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc2 pod podtest --port=80
service/svc2 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc3 pod podtest --port=80
service/svc3 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc4 pod podtest --port=80
service/svc4 exposed

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get svc
NAME   TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
svc1   ClusterIP   10.110.233.61            80/TCP    37s
svc2   ClusterIP   10.105.108.94            80/TCP    34s
svc3   ClusterIP   10.105.226.140           80/TCP    29s
svc4   ClusterIP   10.98.10.38              80/TCP    25s

svc只能创建4个，第五个就创建失败了。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl expose --name=svc5 pod podtest --port=80
Error from server (Forbidden): services "svc5" is forbidden: exceeded quota: resourcequota, requested: services=1, used: services=4, limited: services=4

查看resourcequotas，可以看到service配额已经满了。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl get resourcequotas 
NAME            AGE     REQUEST                    LIMIT
resourcequota   2m17s   pods: 1/4, services: 4/4

删除svc，pod，resourcequotas。

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete svc svc1 svc2
service "svc1" deleted
service "svc2" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete svc svc3 svc4
service "svc3" deleted
service "svc4" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete pod podtest 
pod "podtest" deleted

[root@k8scloude1 safe]# kubectl delete -f resourcequotas.yaml 
resourcequota "resourcequota" deleted

九.总结

本篇博客介绍了Kubernetes中资源限制的概念以及如何使用resources、LimitRange和ResourceQuota来管理容器资源。通过合理配置资源限制，可以提高集群的稳定性和性能，并确保资源的公平分配和有效利用。

资源限制是Kubernetes中重要的管理和控制机制，对于构建可靠且高效的应用程序环境至关重要。

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Kubernetes(k8s) 资源限制：resources，LimitRange，ResourceQuota

一.系统环境

二.前言

三.Kubernetes资源限制简介

四.创建没有资源限制的pod

4.1 创建没有资源限制的pod

4.2 内存消耗测试

五.使用resources字段配置资源限制

5.1 限制最低内存

5.2 限制最低CPU

5.3 限制最低CPU和最高内存

5.4 内存消耗测试

六.使用LimitRange限制资源范围

七.同时使用LimitRange和resource字段配置资源限制

八.使用ResourceQuota资源配额管理

九.总结

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