Kubernetes基础(二十六)-kubernetes的eviction机制

本文主要是介绍Kubernetes基础(二十六)-kubernetes的eviction机制，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

eviction，即驱赶的意思，意思是当节点出现异常时，kubernetes将有相应的机制驱赶该节点上的Pod。eviction在openstack的nova组件中也存在。

目前kubernetes中存在两种eviction机制，分别由kube-controller-manager和kubelet实现。

1 kube-controller-manager实现的eviction

kube-controller-manager主要由多个控制器构成，而eviction的功能主要由node controller这个控制器实现。

kube-controller-manager提供了以下启动参数控制eviction

pod-eviction-timeout：即当节点宕机该事件间隔后，开始eviction机制，驱赶宕机节点上的Pod，默认为5min
node-eviction-rate: 驱赶速率，即驱赶Node的速率，由令牌桶流控算法实现，默认为0.1，即每秒驱赶0.1个节点，注意这里不是驱赶Pod的速率，而是驱赶节点的速率。相当于每隔10s，清空一个节点
secondary-node-eviction-rate: 二级驱赶速率，当集群中宕机节点过多时，相应的驱赶速率也降低，默认为0.01
unhealthy-zone-threshold：不健康zone阈值，会影响什么时候开启二级驱赶速率，默认为0.55，即当该zone中节点宕机数目超过55%，而认为该zone不健康
large-cluster-size-threshold:大集群法制，当该zone的节点多余该阈值时，则认为该zone是一个大集群。大集群节点宕机数目超过55%时，则将驱赶速率降为0.0.1，假如是小集群，则将速率直接降为0

node-controller代码主要位于pkg/controller/node目录下。

1.1 zone

为了控制eviction，kubernete将节点划分为不同的zone，主要通过给节点加label实现

failure-domain.beta.kubernetes.io/zone
failure-domain.beta.kubernetes.io/region

zone名称由上述的zone和region标签组合而成，两个节点zone和region分别相同，则位于同一个zone，否则不同zone。假如二者都为空，就位于default zone

zone有四种不同的状态

stateInitial
stateNormal
stateFullDisruption
statePartialDisruption

初始化状态比较好理解，假如节点刚刚加入集群，它所在的zone刚刚被发现，则该zone的状态是initial，这是一个非常短暂的时间，其余的状态，由以下函数决定：

func (nc *NodeController) ComputeZoneState(nodeReadyConditions []*v1.NodeCondition) (int, zoneState) {readyNodes := 0notReadyNodes := 0for i := range nodeReadyConditions {if nodeReadyConditions[i] != nil && nodeReadyConditions[i].Status == v1.ConditionTrue {readyNodes++} else {notReadyNodes++}}       switch {    case readyNodes == 0 && notReadyNodes > 0:return notReadyNodes, stateFullDisruptioncase notReadyNodes > 2 && float32(notReadyNodes)/float32(notReadyNodes+readyNodes) >= nc.unhealthyZoneThreshold:return notReadyNodes, statePartialDisruptiondefault:return notReadyNodes, stateNormal}
}

注意这里统计的某个zone下面的节点状态，而不是所有。当该zone下面ready的节点为0，而notReady节点大于0时，即认为所有节点都宕机了，所以状态为stateFullDisruption；当notReady节点大于两个，而且notReady节点占比超过unhealthyZoneThreshold，即0.55时，认为是statePartialDisruption，其他情况则认为stateNormal。

这四种状态会如何影响eviction速度呢？看如下函数：

func (nc *NodeController) setLimiterInZone(zone string, zoneSize int, state zoneState) {switch state {case stateNormal:if nc.useTaintBasedEvictions {nc.zoneNotReadyOrUnreachableTainer[zone].SwapLimiter(nc.evictionLimiterQPS)} else {nc.zonePodEvictor[zone].SwapLimiter(nc.evictionLimiterQPS)}    case statePartialDisruption:if nc.useTaintBasedEvictions {nc.zoneNotReadyOrUnreachableTainer[zone].SwapLimiter(nc.enterPartialDisruptionFunc(zoneSize))} else {nc.zonePodEvictor[zone].SwapLimiter(nc.enterPartialDisruptionFunc(zoneSize))}    case stateFullDisruption:if nc.useTaintBasedEvictions {nc.zoneNotReadyOrUnreachableTainer[zone].SwapLimiter(nc.enterFullDisruptionFunc(zoneSize))} else {nc.zonePodEvictor[zone].SwapLimiter(nc.enterFullDisruptionFunc(zoneSize))}    }    
}//其中enterPartialDisruptionFunc就是函数ReducedQPSFunc
func (nc *NodeController) ReducedQPSFunc(nodeNum int) float32 {if int32(nodeNum) > nc.largeClusterThreshold {return nc.secondaryEvictionLimiterQPS}return 0
} //而enterFullDisruptionFunc是函数HealthyQPSFunc
func (nc *NodeController) HealthyQPSFunc(nodeNum int) float32 {return nc.evictionLimiterQPS 
}

即加入zone状态是normal，那么速率为0.1，假如zone状态是FullDisruption，速率也是0.1；假如zone是PartialDisruption，假如是大集群，速率为0.0.1，小集群则直接降为0。

1.2 两种不同的eviction方法

目前node controller存在两种不同的eviction方法，即通过taint或者传统方法

if nc.useTaintBasedEvictions {go wait.Until(nc.doTaintingPass, nodeEvictionPeriod, wait.NeverStop)
} else {go wait.Until(nc.doEvictionPass, nodeEvictionPeriod, wait.NeverStop)
}

其中nodeEvictionPeriod为100ms，即每隔100ms就会执行doEvictionPass或doTaintingPass。

1.2.1 传统eviction方法

zonePodEvictor类型为map[string]*RateLimitedTimedQueue，即每个zone都有一个队列，队列带了流控算法，里面存储的是unready的节点，节点上的pod需要被eviction。

func (nc *NodeController) doEvictionPass() {nc.evictorLock.Lock()defer nc.evictorLock.Unlock()for k := range nc.zonePodEvictor {nc.zonePodEvictor[k].Try(func(value TimedValue) (bool, time.Duration) {node, err := nc.nodeLister.Get(value.Value)...nodeUid, _ := value.UID.(string)remaining, err := deletePods(nc.kubeClient, nc.recorder, value.Value, nodeUid, nc.daemonSetStore)...if remaining {glog.Infof("Pods awaiting deletion due to NodeController eviction")}return true, 0})  }
}

deletePods是驱逐节点的主要函数：

func deletePods(kubeClient clientset.Interface, recorder record.EventRecorder, nodeName, nodeUID string, daemonStore extensionslisters.DaemonSetLister) (bool, error) {remaining := falseselector := fields.OneTermEqualSelector(api.PodHostField, nodeName).String()options := metav1.ListOptions{FieldSelector: selector}pods, err := kubeClient.Core().Pods(metav1.NamespaceAll).List(options)var updateErrList []error...for _, pod := range pods.Items {// Defensive check, also needed for tests.if pod.Spec.NodeName != nodeName {continue}// 设置Pod终止理由if _, err = setPodTerminationReason(kubeClient, &pod, nodeName); err != nil {if errors.IsConflict(err) {updateErrList = append(updateErrList,fmt.Errorf("update status failed for pod %q: %v", format.Pod(&pod), err))continue}}// 该Pod正在被删除，忽略if pod.DeletionGracePeriodSeconds != nil {remaining = truecontinue}// 假如该节点是又daemonset管理，则忽略_, err := daemonStore.GetPodDaemonSets(&pod)if err == nil {continue}if err := kubeClient.Core().Pods(pod.Namespace).Delete(pod.Name, nil); err != nil {return false, err}remaining = true}...return remaining, nil
}

底层其实就是delete节点上的Pod，假如Pod是由daemonset管理，则忽略，因为即使删除了，daemonset还是会在该节点上重建。

1.2.2 taint机制

taint机制还处于试验状态，默认不开启，假如要开始，则要在所有组件上设置–feature-gates TaintNodesByCondition=true

当节点状态为unready时，打上node.alpha.kubernetes.io/notReady的taint 当节点状态为unknown时，打上node.alpha.kubernetes.io/unreachable的taint

打上taint后，必然有相应的控制器去处理：

// Run starts NoExecuteTaintManager which will run in loop until `stopCh` is closed.
func (tc *NoExecuteTaintManager) Run(stopCh <-chan struct{}) {   go func(stopCh <-chan struct{}) {for {            item, shutdown := tc.nodeUpdateQueue.Get()if shutdown {break    }            nodeUpdate := item.(*nodeUpdateItem) select {     case <-stopCh:            break    case tc.nodeUpdateChannel <- nodeUpdate:}}}(stopCh)            go func(stopCh <-chan struct{}) {for {item, shutdown := tc.podUpdateQueue.Get()if shutdown {break}podUpdate := item.(*podUpdateItem)select {     case <-stopCh:            breakcase tc.podUpdateChannel <- podUpdate:}}}(stopCh)for {                select {         case <-stopCh:   break        case nodeUpdate := <-tc.nodeUpdateChannel:tc.handleNodeUpdate(nodeUpdate)case podUpdate := <-tc.podUpdateChannel: // If we found a Pod update we need to empty Node queue first.priority:for {        select {case nodeUpdate := <-tc.nodeUpdateChannel:tc.handleNodeUpdate(nodeUpdate)default:break priority            }}// After Node queue is emptied we process podUpdate.tc.handlePodUpdate(podUpdate)}}
}func deletePodHandler(c clientset.Interface, emitEventFunc func(types.NamespacedName)) func(args *WorkArgs) error {return func(args *WorkArgs) error {ns := args.NamespacedName.Namespacename := args.NamespacedName.Nameglog.V(0).Infof("NoExecuteTaintManager is deleting Pod: %v", args.NamespacedName.String())if emitEventFunc != nil { emitEventFunc(args.NamespacedName)}var err error    for i := 0; i < retries; i++ {err = c.Core().Pods(ns).Delete(name, &metav1.DeleteOptions{})if err == nil {           break}time.Sleep(10 * time.Millisecond)}return err}                    
}

本质上还是讲带eviction节点上的pod加入到删除队列上。

2 kubelet eviction机制

kube-controller-manager的eviction机制是粗粒度的，即驱赶一个节点上的所有pod，而kubelet则是细粒度的，它驱赶的是节点上的某些Pod，驱赶哪些Pod与之前讲过的Pod的Qos机制有关。

kubelet的eviction机制，只有当节点内存和磁盘资源紧张时，才会开启，他的目的就是为了回收node节点的资源。之前提过，kubelet还有oom-killer可以回收资源，那为什么还需要eviction呢？这是因为oom-killer将Pod杀掉后，假如Pod的RestartPolicy设置为Always，则kubelet隔段时间后，仍然会在该节点上启动该Pod。而kublet eviction则会将该Pod从该节点上删除。

kubelet提供了以下参数控制eviction

eviction-hard：一系列的阈值，比如memory.available<1Gi，即当节点可用内存低于1Gi时，会立即触发一次pod eviction
eviction-max-pod-grace-period：eviction-soft时，终止Pod的grace时间
eviction-minimum-reclaim：表示每一次eviction必须至少回收多少资源
eviction-pressure-transition-period：默认为5分钟，脱离pressure condition的时间，超过阈值时，节点会被设置为memory pressure或者disk pressure，然后开启pod eviction
eviction-soft：与hard相对应，也是一系列法制，比如memory.available<1.5Gi。但它不会立即执行pod eviction，而会等待eviction-soft-grace-period时间，假如该时间过后，依然还是达到了eviction-soft，则触发一次pod eviction
eviction-soft-grace-period：默认为90秒

2.1 核心代码

kubelet eviction的核心代码就是如下，里面的synchronize就是核心函数。

func (m *managerImpl) Start(diskInfoProvider DiskInfoProvider, podFunc ActivePodsFunc, podCleanedUpFunc PodCleanedUpFunc, nodeProvider NodeProvider, monitoringInterval time.Duration) {// start the eviction manager monitoringgo func() {for {if evictedPods := m.synchronize(diskInfoProvider, podFunc, nodeProvider); evictedPods != nil {glog.Infof("eviction manager: pods %s evicted, waiting for pod to be cleaned up", format.Pods(evictedPods))m.waitForPodsCleanup(podCleanedUpFunc, evictedPods)} else {time.Sleep(monitoringInterval)}       }       }()     
}

2.2 何时检测触发eviction的条件

目前主要由两种机制检测触发eviction的条件

第一种就是定时触发，前面的synchronize位于一个for循环，其中monitoringInterval为10s，也就是每隔10s会去检测出发条件
通过cgroup订阅而触发，也就是假如内存低于阈值，cgroup就会通知kubelet去执行synchronize，内核层通知应用层，通过eventfd实现

if m.config.KernelMemcgNotification && !m.notifiersInitialized { glog.Infof("eviction manager attempting to integrate with kernel memcg notification api")m.notifiersInitialized = true// start soft memory notificationerr = startMemoryThresholdNotifier(m.config.Thresholds, observations, false, func(desc string) {glog.Infof("soft memory eviction threshold crossed at %s", desc)// TODO wait grace period for soft memory limitm.synchronize(diskInfoProvider, podFunc, nodeProvider)})if err != nil {  glog.Warningf("eviction manager: failed to create hard memory threshold notifier: %v", err)}// start hard memory notificationerr = startMemoryThresholdNotifier(m.config.Thresholds, observations, true, func(desc string) { glog.Infof("hard memory eviction threshold crossed at %s", desc)m.synchronize(diskInfoProvider, podFunc, nodeProvider)})if err != nil {glog.Warningf("eviction manager: failed to create soft memory threshold notifier: %v", err)}}

2.3 资源的回收

kubelet的eviction主要会回收两种资源，内存和磁盘

磁盘回收：主要通过删除已经终止的容器和未使用的镜像
内存回收：主要通过终止正在运行的Pod

2.4 Qos对Eviction的影响

eviction manager会获取该节点上所有的容器，然后根据一定的算法对Pod进行排序，这里看看针对内存如何排序。

// rankMemoryPressure orders the input pods for eviction in response to memory pressure.
func rankMemoryPressure(pods []*v1.Pod, stats statsFunc) {orderedBy(qosComparator, memory(stats)).Sort(pods)
}// qosComparator compares pods by QoS (BestEffort < Burstable < Guaranteed)
func qosComparator(p1, p2 *v1.Pod) int {qosP1 := v1qos.GetPodQOS(p1)qosP2 := v1qos.GetPodQOS(p2)// its a tieif qosP1 == qosP2 {return 0}   // if p1 is best effort, we know p2 is burstable or guaranteedif qosP1 == v1.PodQOSBestEffort {return -1}// we know p1 and p2 are not besteffort, so if p1 is burstable, p2 must be guaranteedif qosP1 == v1.PodQOSBurstable {if qosP2 == v1.PodQOSGuaranteed {  return -1}return 1}// ok, p1 must be guaranteed.return 1
}

从qosComparator函数可以看出，Pod排列顺序为：PodQOSBestEffort < PodQOSBurstable < PodQOSGuaranteed，即首先会回收BestEffort的Pod，然后回收Burstable，最后才会回收Guranteed。

2.5 Eviction的本质

// we kill at most a single pod during each eviction intervalfor i := range activePods {pod := activePods[i]      // If the pod is marked as critical and static, and support for critical pod annotations is enabled,// do not evict such pods. Static pods are not re-admitted after evictions.// https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues/40573 has more details.if utilfeature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.ExperimentalCriticalPodAnnotation) &&kubelettypes.IsCriticalPod(pod) && kubepod.IsStaticPod(pod) {continue     }status := v1.PodStatus{   Phase:   v1.PodFailed,    Message: fmt.Sprintf(message, resourceToReclaim),Reason:  reason,          }// record that we are evicting the podm.recorder.Eventf(pod, v1.EventTypeWarning, reason, fmt.Sprintf(message, resourceToReclaim))gracePeriodOverride := int64(0)if softEviction {gracePeriodOverride = m.config.MaxPodGracePeriodSeconds}// this is a blocking call and should only return when the pod and its containers are killed.err := m.killPodFunc(pod, status, &gracePeriodOverride)if err != nil {  glog.Warningf("eviction manager: error while evicting pod %s: %v", format.Pod(pod), err)}                return []*v1.Pod{pod}     }

每次最多回收1个Pod。

假如是hardEviction，则PodDeleteGracePeriod设置为0，即立即删除，否则设置为MaxPodGracePeriodSeconds。然后调用killPodFunc删除Pod。

需要注意的是：当kubernetes驱赶Pod的时候，kubernetes并不会重新创建Pod，假如要重新创建Pod，需要借助replicationcontroller、relicaset和deployment等机制。也就是说假如，你直接创建一个Pod，当它被kubernetes驱赶时，该Pod直接被删除了，不会重建。而利用replicationcontroller等机制，由于少了一个Pod，这些控制器就会重新创建一个Pod

这篇关于Kubernetes基础(二十六)-kubernetes的eviction机制的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！