파드 오버헤드

노드 위에서 파드를 구동할 때, 파드는 그 자체적으로 많은 시스템 리소스를 사용한다. 이러한 리소스는 파드 내의 컨테이너들을 구동하기 위한 리소스 이외에 추가적으로 필요한 것이다. 파드 오버헤드 는 컨테이너 리소스 요청과 상한 위에서 파드의 인프라에 의해 소비되는 리소스를 계산하는 기능이다.

쿠버네티스에서 파드의 오버헤드는 파드의 런타임클래스 와 관련된 오버헤드에 따라 어드미션 이 수행될 때 지정된다.

파드 오버헤드가 활성화 되면, 파드를 노드에 스케줄링 할 때 컨테이너 리소스 요청의 합에 파드의 오버헤드를 추가해서 스케줄링을 고려한다. 마찬가지로, kubelet은 파드의 cgroups 크기를 변경하거나 파드의 축출 등급을 부여할 때에도 파드의 오버헤드를 포함하여 고려한다.

파드 오버헤드 활성화하기

기능 활성화를 위해 클러스터에서 PodOverhead 기능 게이트가 활성화되어 있고(1.18 버전에서는 기본적으로 활성화), overhead 필드를 정의하는 RuntimeClass 가 사용되고 있는지 확인해야 한다.

사용 예제

파드 오버헤드 기능을 사용하기 위하여, overhead 필드를 정의하는 런타임클래스가 필요하다. 예를 들어, 가상 머신 및 게스트 OS에 대하여 파드 당 120 MiB를 사용하는 가상화 컨테이너 런타임의 런타임클래스의 경우 다음과 같이 정의 할 수 있다.

---
kind: RuntimeClass
apiVersion: node.k8s.io/v1
metadata:
    name: kata-fc
handler: kata-fc
overhead:
    podFixed:
        memory: "120Mi"
        cpu: "250m"

kata-fc 런타임클래스 핸들러를 지정하는 워크로드는 리소스 쿼터 계산, 노드 스케줄링 및 파드 cgroup 크기 조정을 위하여 메모리와 CPU 오버헤드를 고려한다.

주어진 예제 워크로드 test-pod의 구동을 고려해보자.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test-pod
spec:
  runtimeClassName: kata-fc
  containers:
  - name: busybox-ctr
    image: busybox
    stdin: true
    tty: true
    resources:
      limits:
        cpu: 500m
        memory: 100Mi
  - name: nginx-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: 1500m
        memory: 100Mi

어드미션 수행 시에, 어드미션 컨트롤러는 런타임클래스에 기술된 overhead 를 포함하기 위하여 워크로드의 PodSpec 항목을 갱신한다. 만약 PodSpec이 이미 해당 필드에 정의되어 있으면, 파드는 거부된다. 주어진 예제에서, 오직 런타임클래스의 이름만이 정의되어 있기 때문에, 어드미션 컨트롤러는 파드가 overhead 를 포함하도록 변경한다.

런타임클래스의 어드미션 수행 후에, 파드의 스펙이 갱신된 것을 확인할 수 있다.

kubectl get pod test-pod -o jsonpath='{.spec.overhead}'

명령 실행 결과는 다음과 같다.

map[cpu:250m memory:120Mi]

만약 리소스쿼터 항목이 정의되어 있다면, 컨테이너의 리소스 요청의 합에는 overhead 필드도 추가된다.

kube-scheduler 는 어떤 노드에 파드가 기동 되어야 할지를 정할 때, 파드의 overhead 와 해당 파드에 대한 컨테이너의 리소스 요청의 합을 고려한다. 이 예제에서, 스케줄러는 리소스 요청과 파드의 오버헤드를 더하고, 2.25 CPU와 320 MiB 메모리가 사용 가능한 노드를 찾는다.

일단 파드가 특정 노드에 스케줄링 되면, 해당 노드에 있는 kubelet 은 파드에 대한 새로운 cgroup을 생성한다. 기본 컨테이너 런타임이 만들어내는 컨테이너들은 이 파드 안에 존재한다.

만약 각 컨테이너에 대하여 QoS가 보장되었거나 향상이 가능하도록 QoS 의 리소스 상한 제한이 걸려있으면, kubelet 은 해당 리소스(CPU의 경우 cpu.cfs_quota_us, 메모리의 경우 memory.limit_in_bytes)와 연관된 파드의 cgroup 의 상한선을 설정한다. 이 상한선은 컨테이너 리소스 상한과 PodSpec에 정의된 overhead 의 합에 기반한다.

CPU의 경우, 만약 파드가 보장형 또는 버스트형 QoS로 설정되었으면, kubelet은 PodSpec에 정의된 overhead 에 컨테이너의 리소스 요청의 합을 더한 값을 cpu.shares 로 설정한다.

다음의 예제를 참고하여, 워크로드에 대하여 컨테이너의 리소스 요청을 확인하자.

kubectl get pod test-pod -o jsonpath='{.spec.containers[*].resources.limits}'

컨테이너 리소스 요청의 합은 각각 CPU 2000m 와 메모리 200MiB 이다.

map[cpu: 500m memory:100Mi] map[cpu:1500m memory:100Mi]

노드에서 측정된 내용과 비교하여 확인해보자.

kubectl describe node | grep test-pod -B2

CPU 2250m와 메모리 320MiB 가 리소스로 요청되었으며, 이 결과는 파드의 오버헤드를 포함한다.

  Namespace                   Name                CPU Requests  CPU Limits   Memory Requests  Memory Limits  AGE
  ---------                   ----                ------------  ----------   ---------------  -------------  ---
  default                     test-pod            2250m (56%)   2250m (56%)  320Mi (1%)       320Mi (1%)     36m

파드 cgroup 상한 확인하기

워크로드가 실행 중인 노드에서 파드의 메모리 cgroup들을 확인 해보자. 다음의 예제에서, crictl은 노드에서 사용되며, CRI-호환 컨테이너 런타임을 위해서 노드에서 사용할 수 있는 CLI 를 제공한다. 파드의 오버헤드 동작을 보여주는 좋은 예이며, 사용자가 노드에서 직접 cgroup들을 확인하지 않아도 된다.

먼저 특정 노드에서 파드의 식별자를 확인해 보자.

# 파드가 스케줄 된 노드에서 이것을 실행
POD_ID="$(sudo crictl pods --name test-pod -q)"

여기에서, 파드의 cgroup 경로를 확인할 수 있다.

# 파드가 스케줄 된 노드에서 이것을 실행
sudo crictl inspectp -o=json $POD_ID | grep cgroupsPath

명령의 결과로 나온 cgroup 경로는 파드의 pause 컨테이너를 포함한다. 파드 레벨의 cgroup은 하나의 디렉터리이다.

        "cgroupsPath": "/kubepods/podd7f4b509-cf94-4951-9417-d1087c92a5b2/7ccf55aee35dd16aca4189c952d83487297f3cd760f1bbf09620e206e7d0c27a"

아래의 특정한 경우에, 파드 cgroup 경로는 kubepods/podd7f4b509-cf94-4951-9417-d1087c92a5b2 이다. 메모리의 파드 레벨 cgroup 설정을 확인하자.

# 파드가 스케줄 된 노드에서 이것을 실행.
# 또한 사용자의 파드에 할당된 cgroup 이름에 맞춰 해당 이름을 수정.
 cat /sys/fs/cgroup/memory/kubepods/podd7f4b509-cf94-4951-9417-d1087c92a5b2/memory.limit_in_bytes

예상대로 320 MiB 이다.

335544320

관찰성

kube_pod_overhead 항목은 kube-state-metrics 에서 사용할 수 있어, 파드 오버헤드가 사용되는 시기를 식별하고, 정의된 오버헤드로 실행되는 워크로드의 안정성을 관찰할 수 있다. 이 기능은 kube-state-metrics 의 1.9 릴리스에서는 사용할 수 없지만, 다음 릴리스에서는 가능할 예정이다. 그 전까지는 소스로부터 kube-state-metric 을 빌드해야 한다.

다음 내용

• 런타임클래스
• 파드오버헤드 디자인