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资源配额ResourceQuota实战案例

2024-09-03 55
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简介： 关于Kubernetes资源配额（ResourceQuota）的实战案例分析，涵盖了资源配额的概述、工作方式、计算资源配额、存储资源配额、对象数量配额的详细介绍和案例演示。

一.资源配额ResourceQuota概述

1.资源配额概述

当多个用户或团队共享具有固定节点数目的集群时，人们会担心有人使用超过其基于公平原则所分配到的资源量。

资源配额是帮助管理员解决这一问题的工具。

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。

参考链接:
    https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/policy/resource-quotas/

2.资源配额ResourceQuota的工作方式

- 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。

3.计算资源配额

资源名称 描述
limits.cpu 所有非终止状态的 Pod，其 CPU 限额总量不能超过该值。
limits.memory 所有非终止状态的 Pod，其内存限额总量不能超过该值。
requests.cpu 所有非终止状态的 Pod，其 CPU 需求总量不能超过该值。
requests.memory 所有非终止状态的 Pod，其内存需求总量不能超过该值。
hugepages-<size> 对于所有非终止状态的 Pod，针对指定尺寸的巨页请求总数不能超过此值。
cpu 与 requests.cpu 相同。
memory 与 requests.memory 相同。 
参考链接:
    https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/policy/resource-quotas/#compute-resource-quota

4.存储资源配额

资源名称 描述
requests.storage 所有 PVC，存储资源的需求总量不能超过该值。
persistentvolumeclaims 在该命名空间中所允许的 PVC 总量。
<storage-class-name>.storageclass.storage.k8s.io/requests.storage 在所有与 <storage-class-name> 相关的持久卷申领中，存储请求的总和不能超过该值。
<storage-class-name>.storageclass.storage.k8s.io/persistentvolumeclaims 在与 storage-class-name 相关的所有持久卷申领中，命名空间中可以存在的持久卷申领总数。 
参考链接:
    https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/policy/resource-quotas/#storage-resource-quota

5.对象数量配额

资源名称 描述
configmaps 在该命名空间中允许存在的 ConfigMap 总数上限。
persistentvolumeclaims 在该命名空间中允许存在的 PVC 的总数上限。
pods 在该命名空间中允许存在的非终止状态的 Pod 总数上限。Pod 终止状态等价于 Pod 的 .status.phase in (Failed, Succeeded) 为真。
replicationcontrollers 在该命名空间中允许存在的 ReplicationController 总数上限。
resourcequotas 在该命名空间中允许存在的 ResourceQuota 总数上限。
services 在该命名空间中允许存在的 Service 总数上限。
services.loadbalancers 在该命名空间中允许存在的 LoadBalancer 类型的 Service 总数上限。
services.nodeports 在该命名空间中允许存在的 NodePort 类型的 Service 总数上限。
secrets 在该命名空间中允许存在的 Secret 总数上限。 
你可以使用以下语法对所有标准的、命名空间域的资源类型进行配额设置：
    count/<resource>.<group>：用于非核心（core）组的资源
    count/<resource>：用于核心组的资源


这是用户可能希望利用对象计数配额来管理的一组资源示例。
    count/persistentvolumeclaims
    count/services
    count/secrets
    count/configmaps
    count/replicationcontrollers
    count/deployments.apps
    count/replicasets.apps
    count/statefulsets.apps
    count/jobs.batch
    count/cronjobs.batch


推荐阅读:
    https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/policy/resource-quotas/#object-count-quota

二.资源配额案例

1.计算资源配额案例

1.1 创建计算资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 01-compute-resources.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-resources
  namespace: kube-public
spec:
  # 定义硬性配置
  hard:
    # 配置cpu 的相关参数
    requests.cpu: "1"
    limits.cpu: "2"
    # 定义memory相关的参数
    requests.memory: 2Gi
    limits.memory: 3Gi
    # 定义GPU相关的参数
    # requests.nvidia.com/gpu: 4
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 01-compute-resources.yaml 
resourcequota/compute-resources created
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public 
NAME                AGE   REQUEST                                     LIMIT
compute-resources   13s   requests.cpu: 0/1, requests.memory: 0/2Gi   limits.cpu: 0/2, limits.memory: 0/3Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get pods -n kube-public 
No resources found in kube-public namespace.
[root@master231 01-ResourceQuota]#

1.2 验证计算资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 02-pods.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pods-nginx
  namespace: kube-public
spec:
  containers:
  - name: web
    image: nginx:1.20.1-alpine
    resources:
      requests:
        cpu: 0.5
        memory: 1Gi
      limits:
        cpu: 1
        memory: 2Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 02-pods.yaml 
pod/pods-nginx created
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get pods -n kube-public 
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pods-nginx   1/1     Running   0          7s
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public 
NAME                AGE   REQUEST                                          LIMIT
compute-resources   14m   requests.cpu: 500m/1, requests.memory: 1Gi/2Gi   limits.cpu: 1/2, limits.memory: 2Gi/3Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]#

1.3 超出计算配额验证

[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public 
NAME                AGE   REQUEST                                          LIMIT
compute-resources   17m   requests.cpu: 500m/1, requests.memory: 1Gi/2Gi   limits.cpu: 1/2, limits.memory: 2Gi/3Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 03-pods.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pods-alpine
  namespace: kube-public
spec:
  containers:
  - name: c1
    image: alpine
    resources:
      requests:
        cpu: 1.5
        memory: 2Gi
      limits:
        cpu: 2
        memory: 4Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 03-pods.yaml 
Error from server (Forbidden): error when creating "03-pods.yaml": pods "pods-alpine" is forbidden: exceeded quota: compute-resources, requested: limits.cpu=2,limits.memory=4Gi,requests.cpu=1500m,requests.memory=2Gi, used: limits.cpu=1,limits.memory=2Gi,requests.cpu=500m,requests.memory=1Gi, limited: limits.cpu=2,limits.memory=3Gi,requests.cpu=1,requests.memory=2Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]#

2.存储资源配额案例

2.1 创建存储资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 04-storage-reources.yaml 
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: storage-resources
  namespace: kube-public
spec:
  hard:
    requests.storage: "10Gi"
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 04-storage-reources.yaml 
resourcequota/storage-resources created
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public storage-resources 
NAME                AGE   REQUEST                    LIMIT
storage-resources   7s    requests.storage: 0/10Gi   
[root@master231 01-ResourceQuota]#

2.2 验证存储资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public storage-resources 
NAME                AGE   REQUEST                    LIMIT
storage-resources   71s   requests.storage: 0/10Gi   
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 05-pvc.yaml 
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-demo
  namespace: kube-public
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 05-pvc.yaml 
persistentvolumeclaim/pvc-demo created
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public storage-resources 
NAME                AGE   REQUEST                      LIMIT
storage-resources   83s   requests.storage: 8Gi/10Gi   
[root@master231 01-ResourceQuota]#

2.3 超出存储资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get quota -n kube-public storage-resources 
NAME                AGE   REQUEST                      LIMIT
storage-resources   83s   requests.storage: 8Gi/10Gi   
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 06-pvc.yaml
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pvc-demo-02
  namespace: kube-public
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 3Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 06-pvc.yaml 
Error from server (Forbidden): error when creating "06-pvc.yaml": persistentvolumeclaims "pvc-demo-02" is forbidden: exceeded quota: storage-resources, requested: requests.storage=3Gi, used: requests.storage=8Gi, limited: requests.storage=10Gi
[root@master231 01-ResourceQuota]#

3.对象数量配额案例

3.1 创建对象资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# cat 07-object-counts.yaml 
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: object-counts
  namespace: kube-public
spec:
 hard:
   pods: "10"
   count/deployments.apps: "3"
   count/services: "3"
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl apply -f 07-object-counts.yaml
resourcequota/object-counts created
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get quota object-counts 
NAME            AGE   REQUEST                                                        LIMIT
object-counts   30s   count/deployments.apps: 0/3, count/services: 0/3, pods: 1/10   
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl get pods -n kube-public 
NAME         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pods-nginx   1/1     Running   0          33m
[root@master231 01-ResourceQuota]#

3.2 验证对象资源配额

[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get pods,deployment
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-4fbnb   1/1     Running   0          2m36s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-6flm6   1/1     Running   0          2m36s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-8cxn9   1/1     Running   0          2m36s
pod/pods-nginx                          1/1     Running   0          51m

NAME                               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx-deployment   3/3     3            3           2m36s
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get quota
NAME                AGE   REQUEST                                                        LIMIT
compute-resources   65m   requests.cpu: 800m/1, requests.memory: 1324Mi/2Gi              limits.cpu: 1600m/2, limits.memory: 2648Mi/3Gi
object-counts       18m   count/deployments.apps: 1/3, count/services: 0/3, pods: 4/10   
storage-resources   25m   requests.storage: 8Gi/10Gi                                     
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get quota object-counts 
NAME            AGE   REQUEST                                                        LIMIT
object-counts   18m   count/deployments.apps: 1/3, count/services: 0/3, pods: 4/10   
[root@master231 01-ResourceQuota]#

3.3 超出对象资源配额

将pod副本数量改到10个后，测试发现无法到达10个，因为我们定义的"compute-resources"资源的"limit.cpu"资源已经达到上限啦~


[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get quota 
NAME                AGE   REQUEST                                                        LIMIT
compute-resources   66m   requests.cpu: 1/1, requests.memory: 1524Mi/2Gi                 limits.cpu: 2/2, limits.memory: 3048Mi/3Gi
object-counts       19m   count/deployments.apps: 1/3, count/services: 0/3, pods: 6/10   
storage-resources   25m   requests.storage: 8Gi/10Gi                                     
[root@master231 01-ResourceQuota]# 



如果你不考虑其他两个因素，则可以直接使用删除其他的资源限制即可。
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public delete quota compute-resources storage-resources
resourcequota "compute-resources" deleted
resourcequota "storage-resources" deleted
[root@master231 01-ResourceQuota]# 
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get quota 
NAME            AGE   REQUEST                                                        LIMIT
object-counts   22m   count/deployments.apps: 1/3, count/services: 0/3, pods: 6/10   
[root@master231 01-ResourceQuota]# 


再次测试效果如下: 发现deploy资源仅仅创建了9个哟~
[root@master231 01-ResourceQuota]# kubectl -n kube-public get quota,deploy,pods
NAME                          AGE   REQUEST                                                         LIMIT
resourcequota/object-counts   25m   count/deployments.apps: 1/3, count/services: 0/3, pods: 10/10   

NAME                               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/nginx-deployment   9/10    9            9           9m54s

NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-4fbnb   1/1     Running   0          9m54s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-6flm6   1/1     Running   0          9m54s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-8cxn9   1/1     Running   0          9m54s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-8fwvt   1/1     Running   0          6m37s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-l844s   1/1     Running   0          2m32s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-qkn2x   1/1     Running   0          2m32s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-tpcgt   1/1     Running   0          2m32s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-wg4fq   1/1     Running   0          2m32s
pod/nginx-deployment-55fd5fd97c-xvhrs   1/1     Running   0          6m36s
pod/pods-nginx                          1/1     Running   0          58m
[root@master231 01-ResourceQuota]#
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