如何在Kubernetes中快速启用Cgroup V2支持

 

Linux 中有两个 cgroup 版本：cgroup v1 和 cgroup v2。cgroup v2 是新一代的 cgroup API。

Kubernetes 自 v1.25 起 cgroup2 特性正式 stable.

cgroup v2 有哪些优势

cgroup v2 提供了一个具有增强资源管理能力的统一控制系统。

cgroup v2 对 cgroup v1 进行了多项改进，例如：

•API 中单个统一的层次结构设计

•更安全的子树委派给容器

•更新的功能特性， 例如压力阻塞信息（Pressure Stall Information，PSI）[1]

•跨多个资源的增强资源分配管理和隔离

•统一核算不同类型的内存分配（网络内存、内核内存等）

•考虑非即时资源变化，例如页面缓存回写

一些 Kubernetes 特性专门使用 cgroup v2 来增强资源管理和隔离。例如，MemoryQoS[2] 特性改进了内存 QoS 并依赖于 cgroup v2 原语。

使用 cgroup v2 前提

cgroup v2 具有以下要求：

•操作系统发行版启用 cgroup v2

•Ubuntu（从 21.10 开始，推荐 22.04+）

•Debian GNU/Linux（从 Debian 11 Bullseye 开始）

•Fedora（从 31 开始）

•RHEL 和类似 RHEL 的发行版（从 9 开始）

•…

•Linux 内核为 5.8 或更高版本

•容器运行时支持 cgroup v2。例如：

•containerd[3] v1.4 和更高版本

•cri-o[4] v1.20 和更高版本

•kubelet 和容器运行时被配置为使用 systemd cgroup 驱动[5]

使用 cgroup v2

这里以 Debian 11 Bullseye + containerd v1.4 为例.

启用并检查 Linux 节点的 cgroup v2

Debian 11 Bullseye 默认已启用 cgroup v2.

可以通过如下命令验证:

 

stat -fc %T /sys/fs/cgroup/

 

•对于 cgroup v2，输出为 cgroup2fs。

•对于 cgroup v1，输出为 tmpfs。

如果没有启用, 可以通过在 /etc/default/grub 下的 GRUB_CMDLINE_LINUX 中添加 systemd.unified_cgroup_hierarchy=1， 然后执行 sudo update-grub

Notes: 如果是树莓派, 标准 Raspberry Pi OS 安装时不会启用 cgroups。需要 cgroups 来启动 systemd 服务。可以通过将 cgroup_memory=1 cgroup_enable=memory systemd.unified_cgroup_hierarchy=1 附加到 /boot/cmdline.txt 来启用 cgroups。并重启生效

kubelet 使用 systemd cgroup 驱动

kubeadm 支持在执行 kubeadm init 时，传递一个 KubeletConfiguration 结构体。KubeletConfiguration 包含 cgroupDriver 字段，可用于控制 kubelet 的 cgroup 驱动。

说明：在版本 1.22 中，如果用户没有在 KubeletConfiguration 中设置 cgroupDriver 字段， kubeadm init 会将它设置为默认值 systemd。

这是一个最小化的示例，其中显式的配置了此字段：

 

# kubeadm-config.yaml kind: ClusterConfiguration apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3 kubernetesVersion: v1.21.0 --- kind: KubeletConfiguration apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1 cgroupDriver: systemd

 

这样一个配置文件就可以传递给 kubeadm 命令了：

 

kubeadm init --config kubeadm-config.yaml

 

说明：

Kubeadm 对集群所有的节点，使用相同的 KubeletConfiguration。KubeletConfiguration 存放于 kube-system 命名空间下的某个 ConfigMap[6] 对象中。

执行 init、join 和 upgrade 等子命令会促使 kubeadm 将 KubeletConfiguration 写入到文件 /var/lib/kubelet/config.yaml 中， 继而把它传递给本地节点的 kubelet。

containerd 使用 systemd cgroup 驱动

编辑 /etc/containerd/config.toml:

 

[plugins.cri.containerd.runtimes.runc.options]     SystemdCgroup = true

 

升级监控组件以支持 cgroup v2 监控

Reference:

cgroup v2 使用一个与 cgroup v1 不同的 API，因此如果有任何应用直接访问cgroup 文件系统， 则需要将这些应用更新为支持 cgroup v2 的版本。例如：

• 一些第三方监控和安全代理可能依赖于 cgroup 文件系统。你要将这些代理更新到支持 > cgroup v2 的版本。

• 如果以独立的 DaemonSet 的形式运行 cAdvisor[7] 以监控 Pod 和容器， 需将其更> 新到 v0.43.0 或更高版本。

• 如果你使用 JDK，推荐使用 JDK 11.0.16 及更高版本或 JDK 15 及更高版本， 以便> 完全支持 cgroup v2[8]。

完成

总结

Kubernetes 自 v1.25 起 cgroup2 特性正式 stable. cgroup2 相比 cgroup v1 有以下优势:

• API 中单个统一的层次结构设计

• 更安全的子树委派给容器

• 更新的功能特性， 例如压力阻塞信息（Pressure Stall Information，PSI）[9]

• 跨多个资源的增强资源分配管理和隔离

• 统一核算不同类型的内存分配（网络内存、内核内存等）

• 考虑非即时资源变化，例如页面缓存回写

推荐在使用 Kubernetes v1.25及以上版本时, 使用支持 cgroup v2 的linux 和 CRI. 并启用 Kubernetes 的cgroup v2 功能.