K8s如何启用cgroup2支持?
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）
- 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 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 v1.4 和更高版本
- cri-o v1.20 和更高版本
- kubelet 和容器运行时被配置为使用 systemd cgroup 驱动
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 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 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。
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）
- 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.
️参考文档
- 关于 cgroup v2 | Kubernetes
- 配置 cgroup 驱动 | Kubernetes
- 容器运行时 | Kubernetes
本文由东风微鸣技术博客 EWhisper.cn 编写！