如何在 Kubernetes 中快速启用 Cgroup V2 支持

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什么是 cgroup

️Reference:

control groups(控制组)，通常被称为cgroup，是Linux内核的一项功能。它允许将进程组织成分层的组，然后限制和监控各种资源的使用。内核的cgroup接口是通过一个叫做cgroupfs的伪文件系统提供的。分组是在核心的cgroup内核代码中实现的，而资源跟踪和限制是在一组每个资源类型的子系统中实现的（内存、CPU等等）。

cgroup 是容器和云原生的底层技术栈. kubelet 和 CRI 都需要对接 cgroup 来强制执行为 Pod 和容器管理资源，即: requests/limits 和 cpu/memory。

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

️Reference:

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

️Reference:

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

Notes:

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.

References

[1] 压力阻塞信息（Pressure Stall Information，PSI）: https://www.kernel.org/doc/html/latest/accounting/psi.html
[2] MemoryQoS: https://kubernetes.io/blog/2021/11/26/qos-memory-resources/
[3] containerd: https://containerd.io/
[4] cri-o: https://cri-o.io/
[5] systemd cgroup 驱动: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/container-runtimes#systemd-cgroup-driver
[6] ConfigMap: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/configuration/configmap
[7] cAdvisor: https://github.com/google/cadvisor
[8] 完全支持 cgroup v2: https://bugs.openjdk.org/browse/JDK-8230305
[9] 压力阻塞信息（Pressure Stall Information，PSI）: https://www.kernel.org/doc/html/latest/accounting/psi.html
[10] 关于 cgroup v2 | Kubernetes: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/architecture/cgroups/
[11] 配置 cgroup 驱动 | Kubernetes: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/administer-cluster/kubeadm/configure-cgroup-driver/#configuring-the-kubelet-cgroup-driver
[12] 容器运行时 | Kubernetes: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/container-runtimes/#containerd-systemd

本文转载自：「东风微鸣技术博客」，原文：https://url.hi-linux.com/pr6Yz，版权归原作者所有。欢迎投稿，投稿邮箱: [email protected]。

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