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一:内核参数优化
1.1增大内核选项配置 /etc/sysctl.conf:
1.2其他的内核参数
二:Etcd性能优化
2.1磁盘
2.2etcd进程设置优先级
2.3增大etcd的存储限制
2.4提高etcd对于对等网络流量优先级
2.5其他优化方案
2.6etcd的备份
2.6.1内置快照
2.6.2卷快照
2.7etcd恢复
三:镜像拉取相关配置优化
3.1docker优化
3.1.1配置docker daemon并行拉取镜像,以提高镜像拉取效率
3.1.2使用local SSD或者高性能云盘作为docker容器的持久数据目录
3.1.3预加载pause镜像
3.2kubelet优化
3.2.1增加并发度
3.2.2配置镜像拉取超时
3.2.3单节点允许运行的最大 Pod 数
四:kube-apiserver优化
4.1高可用优化
4.2node节点数量的优化
4.2.1node节点数量在 1000 -- 3000
4.2.2node节点数量大于3000
4.3配置kube-apiserver的内存
五:kube-controller-manager优化
5.1可通过 leader election 实现高可用
5.2限制与kube-apiserver通信的qps
六:kube-scheduler优化
6.1可通过 leader election 实现高可用
6.2限制与kube-apiserver通信的qps
七:kube-proxy优化
7.1使用 ipvs 模式
7.2独立部署
八:Pod优化
8.1为容器设置资源请求和限制
8.2使用保护机制
8.3使用控制器来管理容器
对于公有云上的 kubernetes 集群,规模大了之后很容器碰到配额问题,需要提前在云平台上增大配额。这些需要增大的配额包括:
虚拟机个数
vCPU 个数
内网 IP 地址个数
公网 IP 地址个数
安全组条数
路由表条数
持久化存储大小
参考gce随着node节点的增加master节点的配置:
1-5 nodes: n1-standard-1
6-10 nodes: n1-standard-2
11-100 nodes: n1-standard-4
101-250 nodes: n1-standard-8
251-500 nodes: n1-standard-16
more than 500 nodes: n1-standard-32
参考阿里云配置:
节点规模 Master规格
1-5个节点 4C8G(不建议2C4G)
6-20个节点 4C16G
21-100个节点 8C32G
100-200个节点 16C64G
fs.file-max=1000000
# max-file 表示系统级别的能够打开的文件句柄的数量, 一般如果遇到文件句柄达到上限时,会碰到
# "Too many open files"或者Socket/File: Can’t open so many files等错误。
# 配置arp cache 大小
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1=1024
# 存在于ARP高速缓存中的最少层数,如果少于这个数,垃圾收集器将不会运行。缺省值是128。
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh2=4096
# 保存在 ARP 高速缓存中的最多的记录软限制。垃圾收集器在开始收集前,允许记录数超过这个数字 5 秒。缺省值是 512。
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh3=8192
# 保存在 ARP 高速缓存中的最多记录的硬限制,一旦高速缓存中的数目高于此,垃圾收集器将马上运行。缺省值是1024。
# 以上三个参数,当内核维护的arp表过于庞大时候,可以考虑优化
net.netfilter.nf_conntrack_max=10485760
# 允许的最大跟踪连接条目,是在内核内存中netfilter可以同时处理的“任务”(连接跟踪条目)
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established=300
net.netfilter.nf_conntrack_buckets=655360
# 哈希表大小(只读)(64位系统、8G内存默认 65536,16G翻倍,如此类推)
net.core.netdev_max_backlog=10000
# 每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时,允许送到队列的数据包的最大数目。
fs.inotify.max_user_instances=524288
# 默认值: 128 指定了每一个real user ID可创建的inotify instatnces的数量上限
fs.inotify.max_user_watches=524288
# 默认值: 8192 指定了每个inotify instance相关联的watches的上限
net.ipv4.tcp_keepalive_time=600
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=30
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=10
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1
net.ipv6.conf.default.disable_ipv6=1
net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6=1
net.ipv4.neigh.default.gc_stale_time=120
net.ipv4.conf.all.rp_filter=0
net.ipv4.conf.default.rp_filter=0
net.ipv4.conf.default.arp_announce=2
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2
net.ipv4.ip_local_port_range= 45001 65000
net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=6000
net.ipv4.tcp_syncookies=1
net.ipv4.tcp_synack_retries=2
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1
net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720
net.ipv6.neigh.default.gc_thresh1=8192
net.ipv6.neigh.default.gc_thresh2=32768
net.ipv6.neigh.default.gc_thresh3=65536
net.core.netdev_max_backlog=16384
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8096
net.core.somaxconn = 32768
fs.inotify.max_user_instances=8192
fs.inotify.max_user_watches=524288
fs.file-max=52706963
fs.nr_open=52706963
kernel.pid_max = 4194303
net.bridge.bridge-nf-call-arptables=1
vm.swappiness=0
vm.overcommit_memory=1
vm.panic_on_oom=0
vm.max_map_count = 262144
详解:
net.ipv4.tcp_keepalive_time=600 #此参数表示TCP发送keepalive探测消息的间隔时间(秒)
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=30 #tcp检查间隔时间(keepalive探测包的发送间隔)
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=10 #tcp检查次数(如果对方不予应答,探测包的发送次数)
net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=1 #禁用IPv6,修为0为启用IPv6
net.ipv6.conf.default.disable_ipv6=1 #禁用IPv6,修为0为启用IPv6
net.ipv6.conf.lo.disable_ipv6=1 #禁用IPv6,修为0为启用IPv6
net.ipv4.neigh.default.gc_stale_time=120 #ARP缓存条目超时
net.ipv4.conf.all.rp_filter=0 #默认为1,系统会严格校验数据包的反向路径,可能导致丢包
net.ipv4.conf.default.rp_filter=0 #不开启源地址校验
net.ipv4.conf.default.arp_announce=2 #始终使用与目的IP地址对应的最佳本地IP地址作为ARP请求的源IP地址
net.ipv4.conf.lo.arp_announce=2 #始终使用与目的IP地址对应的最佳本地IP地址作为ARP请求的源IP地址
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2 #始终使用与目的IP地址对应的最佳本地IP地址作为ARP请求的源IP地址
net.ipv4.ip_local_port_range= 45001 65000 # 定义网络连接可用作其源(本地)端口的最小和最大端口的限制,同时适用于TCP和UDP连接。
net.ipv4.ip_forward=1 # 其值为0,说明禁止进行IP转发;如果是1,则说明IP转发功能已经打开。
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=6000 #配置服务器 TIME_WAIT 数量
net.ipv4.tcp_syncookies=1 #此参数应该设置为1,防止SYN Flood
net.ipv4.tcp_synack_retries=2 #表示回应第二个握手包(SYN+ACK包)给客户端IP后,如果收不到第三次握手包(ACK包),进行重试的次数(默认为5)
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=1 # 是否在ip6tables链中过滤IPv6包
net.bridge.bridge-nf-call-iptables=1 # 二层的网桥在转发包时也会被iptables的FORWARD规则所过滤,这样有时会出现L3层的iptables rules去过滤L2的帧的问题
net.netfilter.nf_conntrack_max=2310720 #连接跟踪表的大小,建议根据内存计算该值CONNTRACK_MAX = RAMSIZE (in bytes) / 16384 / (x / 32),并满足nf_conntrack_max=4*nf_conntrack_buckets,默认262144
net.ipv6.neigh.default.gc_thresh1=8192
net.ipv6.neigh.default.gc_thresh2=32768
net.ipv6.neigh.default.gc_thresh3=65536
#gc_thresh3 是表大小的绝对限制
#gc_thresh2 设置为等于系统的最大预期邻居条目数的值
#在这种情况下,gc_thresh3 应该设置为一个比 gc_thresh2 值高的值,例如,比 gc_thresh2 高 25%-50%,将其视为浪涌容量。
#gc_thresh1 提高到较大的值;此设置的作用是,如果表包含的条目少于 gc_thresh1,内核将永远不会删除(超时)过时的条目。
net.core.netdev_max_backlog=16384 # 每CPU网络设备积压队列长度
net.core.rmem_max = 16777216 # 所有协议类型读写的缓存区大小
net.core.wmem_max = 16777216 # 最大的TCP数据发送窗口大小
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8096 # 第一个积压队列长度
net.core.somaxconn = 32768 # 第二个积压队列长度
fs.inotify.max_user_instances=8192 # 表示每一个real user ID可创建的inotify instatnces的数量上限,默认128.
fs.inotify.max_user_watches=524288 # 同一用户同时可以添加的watch数目,默认8192。
fs.file-max=52706963 # 文件描述符的最大值
fs.nr_open=52706963 #设置最大微博号打开数
kernel.pid_max = 4194303 #最大进程数
net.bridge.bridge-nf-call-arptables=1 #是否在arptables的FORWARD中过滤网桥的ARP包
vm.swappiness=0 # 禁止使用 swap 空间,只有当系统 OOM 时才允许使用它
vm.overcommit_memory=1 # 不检查物理内存是否够用
vm.panic_on_oom=0 # 开启 OOM
vm.max_map_count = 262144
搭建高可用的etcd集群, 集群规模增大时可以自动增加etcd节点;
目前的解决方案是使用etcd operator来搭建etcd 集群,operator是CoreOS推出的旨在简化复杂有状态应用管理的框架,它是一个感知应用状态的控制器,通过扩展Kubernetes API来自动创建、管理和配置应用实例。
etcd operator 有如下特性:
决定 etcd 性能的关键因素,包括:
Etcd对磁盘写入延迟非常敏感,因此对于负载较重的集群,etcd一定要使用local SSD或者高性能云盘。可以使用fio测量磁盘实际顺序 IOPS。
fio -filename=/dev/sda1 -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=write -ioengine=psync -bs=4k -size=60G -numjobs=64 -runtime=10 -group_reporting -name=file
由于etcd必须将数据持久保存到磁盘日志文件中,因此来自其他进程的磁盘活动可能会导致增加写入时间,结果导致etcd请求超时和临时leader丢失。因此可以给etcd进程更高的磁盘优先级,使etcd服务可以稳定地与这些进程一起运行。
| ionice -c2 -n0 -p $(pgrep etcd) | header |
| ------------------------------- | ------ |
| | |
默认etcd空间配额大小为 2G,超过 2G 将不再写入数据。通过给etcd配置 --quota-backend-bytes 参数增大空间配额,最大支持 8G。
| --quota-backend-bytes 8589934592 | header |
| -------------------------------- | ------ |
| | |
如果etcd leader处理大量并发客户端请求,可能由于网络拥塞而延迟处理follower对等请求。在follower 节点上可能会产生如下的发送缓冲区错误的消息:
dropped MsgProp to 247ae21ff9436b2d since streamMsg's sending buffer is full
dropped MsgAppResp to 247ae21ff9436b2d since streamMsg's sending buffer is full
可以通过提高etcd对于对等网络流量优先级来解决这些错误。在 Linux 上,可以使用 tc 对对等流量进行优先级排序:
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: prio bands 3
tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 1 u32 match ip sport 2380 0xffff flowid 1:1
tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 1 u32 match ip dport 2380 0xffff flowid 1:1
tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 2 u32 match ip sport 2379 0xffff flowid 1:1
tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 2 u32 match ip dport 2379 0xffff flowid 1:1
--auto-compaction-mode
--auto-compaction-retention
所以,为了避免配额空间耗尽的问题,在创建集群时候建议默认开启历史版本清理功能。
所有 Kubernetes 对象都存储在 etcd 上。定期备份 etcd 集群数据对于在灾难场景(例如丢失所有主节点)下恢复 Kubernetes 集群非常重要。快照文件包含所有 Kubernetes 状态和关键信息。为了保证敏感的 Kubernetes 数据的安全,可以对快照文件进行加密。 备份 etcd 集群可以通过两种方式完成: etcd 内置快照和卷快照。
etcd 支持内置快照,因此备份 etcd 集群很容易。快照可以从使用 etcdctl snapshot save 命令的活动成员中获取,也可以通过从 etcd 数据目录复制 member/snap/db 文件,该 etcd 数据目录目前没有被 etcd 进程使用。获取快照通常不会影响成员的性能。
下面是一个示例,用于获取 $ENDPOINT 所提供的键空间的快照到文件 snapshotdb:
ETCDCTL_API=3 etcdctl --endpoints $ENDPOINT snapshot save snapshotdb
# exit 0
# verify the snapshot
ETCDCTL_API=3 etcdctl --write-out=table snapshot status snapshotdb
+----------+----------+------------+------------+
| HASH | REVISION | TOTAL KEYS | TOTAL SIZE |
+----------+----------+------------+------------+
| fe01cf57 | 10 | 7 | 2.1 MB |
+----------+----------+------------+------------+
如果 etcd 运行在支持备份的存储卷(如 Amazon Elastic Block 存储)上,则可以通过获取存储卷的快照来备份 etcd 数据。
etcd 支持从 major.minor 或其他不同 patch 版本的 etcd 进程中获取的快照进行恢复。还原操作用于恢复失败的集群的数据。
在启动还原操作之前,必须有一个快照文件。它可以是来自以前备份操作的快照文件,也可以是来自剩余数据目录的快照文件。 有关从快照文件还原集群的详细信息和示例,请参阅 etcd 灾难恢复文档。
如果还原的集群的访问URL与前一个集群不同,则必须相应地重新配置Kubernetes API 服务器。在本例中,使用参数 –etcd-servers=$NEW_ETCD_CLUSTER 而不是参数–etcd-servers=$OLD_ETCD_CLUSTER 重新启动 Kubernetes API 服务器。用相应的 IP 地址替换 $NEW_ETCD_CLUSTER 和 $OLD_ETCD_CLUSTER。如果在etcd集群前面使用负载平衡,则可能需要更新负载均衡器。
如果大多数etcd成员永久失败,则认为etcd集群失败。在这种情况下,Kubernetes不能对其当前状态进行任何更改。虽然已调度的 pod 可能继续运行,但新的pod无法调度。在这种情况下,恢复etcd 集群并可能需要重新配置Kubernetes API服务器以修复问题。
注意:
如果集群中正在运行任何 API 服务器,则不应尝试还原 etcd 的实例。相反,请按照以下步骤还原 etcd:
- 停止 所有 kube-apiserver 实例
- 在所有 etcd 实例中恢复状态
- 重启所有 kube-apiserver 实例
配置docker daemon并行拉取镜像,以提高镜像拉取效率,在/etc/docker/daemon.json中添加以下配置:
"max-concurrent-downloads": 10
可以使用local SSD或者高性能云盘作为docker容器的持久数据目录,在/etc/docker/daemon.json中添加以下配置:
"data-root": "/ssd_mount_dir"
启动pod时都会拉取pause镜像,为了减小拉取pause镜像网络带宽,可以每个node预加载pause镜像,在每个node节点上执行以下命令:
docker load -i /tmp/preloaded_pause_image.tar
设置 --serialize-image-pulls=false, 该选项配置串行拉取镜像,默认值时true,配置为false可以增加并发度。但是如果docker daemon 版本小于 1.9,且使用 aufs 存储则不能改动该选项。
--serialize-image-pulls=false
设置--image-pull-progress-deadline=30, 配置镜像拉取超时。默认值时1分,对于大镜像拉取需要适量增大超时时间。
--image-pull-progress-deadline=30
kubelet 单节点允许运行的最大 Pod 数:--max-pods=110(默认是 110,可以根据实际需要设置)
--max-pods=110
ApiServer参数配置
--max-mutating-requests-inflight # 单位时间内的最大修改型请求数量,默认200
--max-requests-inflight # 单位时间内的最大非修改型(读)请求数量,默认400
--watch-cache-sizes # 各类resource的watch cache,默认100,资源数量较多时需要增加
设置 --apiserver-count 和 --endpoint-reconciler-type,可使得多个 kube-apiserver 实例加入到 Kubernetes Service 的 endpoints 中,从而实现高可用。
--apiserver-count
--endpoint-reconciler-type
设置 --max-requests-inflight 和 --max-mutating-requests-inflight,默认是 200 和 400。 节点数量在 1000 - 3000 之间时,推荐:
--max-requests-inflight=1500
--max-mutating-requests-inflight=500
node节点数量 >= 3000, 推荐设置如下配置:
--max-requests-inflight=3000
--max-mutating-requests-inflight=1000
使用--target-ram-mb配置kube-apiserver的内存,按以下公式得到一个合理的值:
--target-ram-mb=node_nums * 60
Controller参数配置
kube-controller-manager可以通过 leader election 实现高可用,添加以下命令行参数:
--leader-elect=true
--leader-elect-lease-duration=15s
--leader-elect-renew-deadline=10s
--leader-elect-resource-lock=endpoints
--leader-elect-retry-period=2s
限制与kube-apiserver通信的qps,添加以下命令行参数:
--kube-api-qps=100
--kube-api-burst=150
scheduler的配置项比较少,因为调度规则已经是很明确了,不过可以自定义预选和优选策略
--kube-api-qps
# 请求apiserver的最大qps,默认50--policy-config-file
# json文件,不指定时使用默认的调度预选和优选策略,可以自定义指定kube-scheduler可以通过 leader election 实现高可用,添加以下命令行参数:
--leader-elect=true
--leader-elect-lease-duration=15s
--leader-elect-renew-deadline=10s
--leader-elect-resource-lock=endpoints
--leader-elect-retry-period=2s
限制与kube-apiserver通信的qps,添加以下命令行参数:
--kube-api-qps=100
--kube-api-burst=150
由于 iptables 匹配时延和规则更新时延在大规模集群中呈指数增长,增加以及删除规则非常耗时,所以需要转为 ipvs,ipvs 使用 hash 表,其增加或者删除一条规则几乎不受规则基数的影响。
kube-proxy 默认与 kubelet 同时部署在一台 node 上,可以将 kube-proxy 组件独立部署在非 k8s node 上,避免在所有 node 上都产生大量 iptables 规则。
为容器设置资源请求和限制,尤其是一些基础插件服务
spec.containers[].resources.limits.cpu
spec.containers[].resources.limits.memory
spec.containers[].resources.requests.cpu
spec.containers[].resources.requests.memory
spec.containers[].resources.limits.ephemeral-storage
spec.containers[].resources.requests.ephemeral-storage
在k8s中,会根据pod的limit 和 requests的配置将pod划分为不同的qos类别:
- Guaranteed
- Burstable
- BestEffort
当机器可用资源不够时,kubelet会根据qos级别划分迁移驱逐pod。被驱逐的优先级:BestEffort > Burstable > Guaranteed。
对关键应用使用 nodeAffinity、podAffinity 和 podAntiAffinity 等保护,使其调度分散到不同的node上。比如kube-dns配置
affinity:
podAntiAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 100
labelSelector:
matchExpressions:
- key: k8s-app
operator: In
values:
- kube-dns
topologyKey: kubernetes.io/hostname
尽量使用控制器来管理容器(如 Deployment、StatefulSet、DaemonSet、Job 等)