Kubernetes基础(六)-常见 Kubernetes Pod 驱逐场景

Kubernetes Pod 被驱逐是什么意思？

它们被终止，通常是没有足够资源的结果。但是为什么会这样呢？

驱逐是指派给节点的Pod 被终止的过程。

Kubernetes 中最常见的情况之一是Preemption，为了在资源有限的节点中调度新的 Pod，需要终止另一个 Pod 以释放资源。

此外，Kubernetes 会不断检查资源并在需要时驱逐 Pod，这个过程称为节点压力驱逐。

本文主要介绍一下几种驱逐场景

Pod 被驱逐的原因：抢占和节点压力
抢占式驱逐
- Pod 调度
- Pod 优先级
- 优先级示例
节点压力驱逐
- 服务质量等级
其他类型的驱逐
- API 发起的驱逐
- 基于污点的驱逐
- Node 级别排空（drain）
Prometheus 中的 Pod 驱逐监控
结论

Pod 被驱逐的原因：抢占和节点压力

在 Kubernetes 中发生 Pod 驱逐的原因有多种。最重要的是：

抢占
节点压力驱逐

抢占式驱逐

抢占是这样一个过程：如果一个新的 Pod 需要被调度，但是没有任何合适的节点拥有足够的资源，那么 kube-scheduler 将通过驱逐终止一些优先级较低的 Pod 来检查新的 Pod 是否可以成为那个节点的一部分。

先了解一下 Kubernetes 调度是如何工作的。

Pod 调度

Kubernetes调度是将 Pod分配给节点的过程。默认情况下，有一个 Kubernetes 实体负责调度，称为kube-scheduler将在控制平面中运行。Pod 将以 Pending 状态启动，直到找到匹配的节点。将 Pod 分配给节点的过程遵循以下顺序：

过滤
计分

过滤

在过滤步骤中， kube-scheduler将选择当前 Pod 可能放置的所有节点。此处将考虑 Taints 和 Tolerations 等功能。完成后，它将有一个适合该 Pod 的节点列表。

计分

在评分步骤中，kube-scheduler将获取上一步的结果列表并为每个节点分配一个分数。这样，候选节点从最适合到最不适合排序。如果两个节点的分数相同，kube-scheduler 会随机对它们进行排序。

但是，如果没有适合 Pod 运行的节点怎么办？

在这种情况下，Kubernetes 将启动抢占过程，尝试驱逐优先级较低的 Pod，以便分配新的 Pod。

Pod 优先级

在抢占过程中如何防止特定 Pod 被驱逐？

很有可能，一个特定的 Pod 对你来说很重要，永远不应该被终止。

这就是 Kubernetes 具有 Priority Classes 的原因。

优先级类是一个 Kubernetes 对象，它允许我们将数字优先级值映射到特定的 Pod。那些具有更高价值的 Pod 被归类为更重要并且不太可能被驱逐。

您可以使用以下方式查询当前的优先级：

$ kubectl get priorityclasses
$ kubectl get pc

NAME                      VALUE        GLOBAL-DEFAULT   AGE
system-cluster-critical   2000000000   false            2d
system-node-critical      2000001000   false            2d

优先级示例

使用 Lovenstein 先生的 Berry Club 漫画做一个实际的例子：

https://www.mrlovenstein.com/ https://tapas.io/episode/220482

共有三个 Pod 分别代表蓝莓、树莓和草莓：

NAME         READY   STATUS             RESTARTS   AGE
blueberry    1/1     Running            0          4h41m
raspberry    1/1     Running            0          58m
strawberry   1/1     Running            0          5h22m

并且有两个优先等级：真莓和假莓。第一个将具有更高的值，表示更高的优先级。

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: trueberry
value: 1000000
globalDefault: false
description: "This fruit is a true berry"

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: falseberry
value: 5000
globalDefault: false
description: "This fruit is a false berry"

蓝莓将具有 trueberry 优先级（值 = 1000000）
树莓和草莓都将具有 falseberry 优先级（值 = 5000）

这意味着在抢占的情况下，树莓和草莓更有可能被驱逐，为更高优先级的 Pod 腾出空间。

然后通过将此添加到 Pod 定义来将优先级类分配给 Pod：

priorityClassName: trueberry

现在让我们尝试再添加三种水果，但要稍加改动。所有新水果都将包含更高的优先级，称为trueberry。

由于三个新水果有节点无法满足的内存或 CPU 要求，kubelet驱逐所有优先级低于新水果的 Pod。Blueberry 保持运行，因为它具有更高的优先级。

NAME         READY   STATUS             RESTARTS   AGE
banana       0/1     ContainerCreating  0          2s
blueberry    1/1     Running            0          4h42m
raspberry    0/1     Terminating        0          59m
strawberry   0/1     Terminating        0          5h23m
tomato       0/1     ContainerCreating  0          2s
watermelon   0/1     ContainerCreating  0          2s

这是最终结果：

NAME         READY   STATUS             RESTARTS   AGE
banana       1/1     Running            0          3s
blueberry    1/1     Running            0          4h43m
tomato       1/1     Running            0          3s
watermelon   1/1     Running            0          3s

节点压力驱逐

除了抢占，Kubernetes 还会不断检查节点资源，如磁盘压力、CPU 或内存不足 (OOM )。

如果节点中的资源（如CPU或内存）消耗达到某个阈值，kubelet将开始驱逐 Pod 以释放资源。将考虑服务质量 (QoS) 来确定驱逐顺序。

服务质量等级

在 Kubernetes 中，Pod 提供三个QoS 类之一，这将定义在缺乏资源的情况下它们被驱逐的可能性，从不太可能到更有可能：

Guaranteed 有保证的
Burstable 可爆发的
BestEffort 尽最大努力

这些 QoS 等级是如何分配给 Pod 的？这是基于对 CPU和内存的限制和请求。提醒一句：

Limits 限制：容器可以使用的最大资源量。
Requests 请求：容器运行所需的最小资源量。

有关限制和请求的更多信息，请查看通过示例了解 Kubernetes 限制和请求

https://sysdig.com/blog/kubernetes-limits-requests/

Guaranteed

如果满足以下条件，Pod 将分配有保证的 QoS 等级：

Pod 中的所有容器都为 CPU 和内存设置了限制和请求。
Pod 中的所有容器都具有相同的 CPU Limit 和 CPU Request 值。
Pod 中所有容器都具有相同的 memory Limit 和 memory Request 值

Guaranteed Pod 在正常情况下不会被驱逐。

Burstable

如果满足以下条件，Pod 将分配有可突发的 QoS 等级：

它没有 Guaranteed QoS 等级。
已为 Pod 中的容器设置了 Limits 或 Requests 。

Burstable Pod 可以被驱逐，但比下一个类别更不可能。

BestEffort

如果出现以下情况，Pod 将分配有 BestEffort 的 QoS 等级：

Pod 中的任何容器都没有设置限制和请求。

在发生节点压力过程的情况下，BestEffort Pod 被驱逐的可能性最大。

重要提示：Limits 和 Requests 中可能还有其他资源，如 ephemeral-storage，但它们不用于 QoS Class 计算。

如前所述，QoS 类将被考虑用于节点压力驱逐。这是内部发生的过程。kubelet 按照以下顺序对要驱逐的 Pod 进行排序：

BestEffort 或 Burstable使用量超过 requests 的 Pod
Burstable使用量低于 requests 的 Pod 或者 GuaranteedPod

Kubernetes 将优先从第 1 组中驱逐 Pod，然后才会尝试在第 2 组驱逐。

上面的一些要点：

如果您在容器中添加非常低的请求，它们的 Pod 可能会被分配到组 1，这意味着它更有可能被驱逐。
你无法判断哪个特定的 Pod 将被驱逐，只是 Kubernetes 会尝试在第 2 组之前驱逐第 1 组中的 Pod。
GuaranteedPod 通常不会被驱逐：kubelet不会为了安排其他 Pod 而驱逐它们。但是如果某些系统服务需要更多资源，kubelet 将在必要时终止Guaranteed Pod。

其他类型的驱逐

本文重点介绍抢占和节点压力驱逐，但 Pod 也可以通过其他方式驱逐。例子包括：

API 发起的驱逐

可以使用 Kubernetes Eviction API 请求按需驱逐一个节点中的 Pod。

https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.25/#create-eviction-pod-v1-core

请记住，Eviction API 不同于 Delete Pod，前者是 CREATE 动作，请求会创建 pods/eviction 子资源，后者是 DELETE 动作请求

基于污点的驱逐

借助 Kubernetes Taints and Tolerations，您可以指导如何将 Pod 分配给节点。但是，如果您NoExecute对现有节点应用污点，所有不能容忍它的 Pod 将立即被驱逐。

node 级别排空（drain）

有时节点变得不可用或者不想再在这些节点上工作时。kubectl cordon命令会阻止在其上安排新的 Pod，运行kubectl drain nodename也可以一次完全清空所有当前节点上 Pod。节点中的所有 Pod 都将被驱逐，遵守其正常终止限期。

Prometheus 中的 Pod 驱逐监控

可以使用 Prometheus 通过执行以下操作轻松监控 Pod 驱逐：

kube_pod_status_reason{reason="Evicted"} > 0

这将显示集群中所有被驱逐的 Pod。您还可以将它与 kube_pod_status_phase{phase="Failed"}结合，以提醒那些在 Pod 出现故障后被驱逐的。

如果想深入挖掘，请查看以下有关在 Prometheus 中监控资源的文章：

如何调整 Kubernetes 资源限制

https://sysdig.com/blog/kubernetes-resource-limits/

Kubernetes 容量规划：如何调整集群请求的大小

https://sysdig.com/blog/kubernetes-capacity-planning/

结论

在抢占（preemption）期间，Kubernetes 将尝试通过驱逐优先级较低的 Pod 释放资源，来安排新的 Pod 。使用优先级类别（Priority Classes），可以控制哪些 Pod 在抢占时更有可能继续运行，因为它们被驱逐的可能性较小。

在执行期间，Kubernetes 将检查节点压力并在需要时驱逐 Pod。使用 QoS classes，可以控制在节点压力的情况下哪些 Pod 更有可能被驱逐。

内存和 CPU 是节点中的重要资源，您需要配置 Pod、容器和节点以使用适量的内存和 CPU。如果您合理地管理这些资源，不仅可以降低成本，还可以确保重要流程无论如何都能继续运行。