Limit讨论,K8s 使用 CPU Limit 后,服务响应变成龟速...
作者:互联网
你应当小心设定k8s中负载的CPU limit,太小的值会给你的程序带来额外的、无意义的延迟,太大的值会带来过大的爆炸半径,削弱集群的整体稳定性。
1.request和limit
k8s的一大好处就是资源隔离,通过设定负载的request和limit,我们可以方便地让不同程序共存于合适的节点上。
其中,request是给调度看的,调度会确保节点上所有负载的CPU request合计与内存request合计分别都不大于节点本身能够提供的CPU和内存,limit是给节点(kubelet)看的,节点会保证负载在节点上只使用这么多CPU和内存。例如,下面配置意味着单个负载会调度到一个剩余CPU request大于0.1核,剩余request内存大于200MB的节点,并且负载运行时的CPU使用率不能高于0.4核(超过将被限流),内存使用不多余300MB(超过将被OOM Kill并重启)。
resources: requests: memory: 200Mi cpu: "0.1" limits: memory: 300Mi cpu: "0.4"
2.CPU的利用率
CPU和内存不一样,它是量子化的,只有“使用中”和“空闲”两个状态。
当我们说内存的使用率是60%时,我们是在说内存有60%在空间上已被使用,还有40%的空间可以放入负载。但是,当我们说CPU的某个核的使用率是60%时,我们是在说采样时间段内,CPU的这个核在时间上有60%的时间在忙,40%的时间在睡大觉。
你设定负载的CPU limit时,这个时空区别可能会带来一个让你意想不到的效果——过分的降速限流, 节点CPU明明不忙,但是节点故意不让你的负载全速使用CPU,服务延时上升。
3.CPU限流
k8s使用CFS(Completely Fair Scheduler,完全公平调度)限制负载的CPU使用率,CFS本身的机制比较复杂,但是k8s的文档中给了一个简明的解释,要点如下:
- CPU使用量的计量周期为100ms;
- CPU limit决定每计量周期(100ms)内容器可以使用的CPU时间的上限;
- 本周期内若容器的CPU时间用量达到上限,CPU限流开始,容器只能在下个周期继续执行;
- 1 CPU = 100ms CPU时间每计量周期,以此类推,0.2 CPU = 20ms CPU时间每计量周期,2.5 CPU = 250ms CPU时间每计量周期;
- 如果程序用了多个核,CPU时间会累加统计。
举个例子,假设一个API服务在响应请求时需要使用A, B两个线程(2个核),分别使用60ms和80ms,其中B线程晚触发20ms,我们看到API服务在100ms后可给出响应:
如果CPU limit被设为1核,即每100ms内最多使用100ms CPU时间,API服务的线程B会受到一次限流(灰色部分),服务在140ms后响应:
如果CPU limit被设为0.6核,即每100ms内最多使用60ms CPU时间,API服务的线程A会受到一次限流(灰色部分),线程B受到两次限流,服务在220ms后响应:
注意,即使此时CPU没有其他的工作要做,限流一样会执行,这是个死板不通融的机制。
这是一个比较夸张的例子,一般的API服务是IO密集型的,CPU时间使用量没那么大(你在跑模型推理?当我没说),但还是可以看到,限流会实打实地延伸API服务的延时。因此,对于延时敏感的服务,我们都应该尽量避免触发k8s的限流机制。
下面这张图是我工作中一个API服务在pod级别的CPU使用率和CPU限流比率(CPU Throttling),我们看到,CPU限流的情况在一天内的大部分时候都存在,限流比例在10%上下浮动,这意味着服务的工作没能全速完成,在速度上打了9折。值得一提,这时pod所在节点仍然有富余的CPU资源,节点的整体CPU使用率没有超过50%.
你可能注意到,监控图表里的CPU使用率看上去没有达到CPU limit(橙色横线),这是由于CPU使用率的统计周期(1min)太长造成的信号混叠(Aliasing),如果它的统计统计周期和CFS的一样(100ms),我们就能看到高过CPU limit的尖刺了。(这不是bug,这是feature)
不过,内核版本低于4.18的Linux还真有个bug会造成不必要的CPU限流。
4.避免CPU限流
有的开发者倾向于完全弃用CPU limit,裸奔直接跑,特别是内核版本不够有bug的时候。
我认为这么做还是太过放飞自我了,如果程序里有耗尽CPU的bug(例如死循环,我不幸地遇到过),整个节点及其负载都会陷入不可用的状态,爆炸半径太大,特别是在大号的节点上(16核及以上)。
我有两个建议:
1.监控一段时间应用的CPU利用率,基于利用率设定一个合适的CPU limit(例如,日常利用率的95分位 * 10),同时该limit不要占到节点CPU核数的太大比例(例如2/3),这样可以达到性能和安全的一个平衡。
2.使用automaxprocs一类的工具让程序适配CFS调度环境,各个语言应该都有类似的库或者执行参数,根据CFS的特点调整后,程序更不容易遇到CPU限流。
5.结语
上面说到的信号混叠(采样频率不足)和Linux内核bug让我困扰了一年多,现在想想,主要还是望文生义惹的祸,文档还是应该好好读,基础概念还是要搞清,遂记此文章于错而知新。
题外话,性能和资源利用率有时是相互矛盾的。对于延时不敏感的程序,CPU限流率控制在10%以内应该都是比较健康可接受的,量体裁衣,在线离线负载混合部署,可以提升硬件的资源利用率。有消息说腾讯云研发投产了基于服务优先级的抢占式调度,这是一条更难但更有效的路,希望有朝一日在上游能看到他们的相关贡献。
参考资料
https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-resources-containers/#meaning-of-cpu
https://stackoverflow.com/questions/68846880/azure-kubernetes-cpu-multithreading
https://cloud.tencent.com/developer/article/1736729
引用链接
[1]CFS 本身的机制比较复杂: https://en.wikipedia.org/wiki/Completely_Fair_Scheduler
[2]简明的解释: https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-resources-containers/#how-pods-with-resource-limits-are-run
[3]信号混叠(Aliasing): https://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing
[4]内核版本低于 4.18 的 Linux 还真有个 bug 会造成不必要的 CPU 限流: https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues/67577#issuecomment-466609030
[5]完全弃用 CPU limit: https://amixr.io/blog/what-wed-do-to-save-from-the-well-known-k8s-incident/
[6]内核版本不够有 bug 的时候: https://medium.com/omio-engineering/cpu-limits-and-aggressive-throttling-in-kubernetes-c5b20bd8a718
[7]automaxprocs: https://github.com/uber-go/automaxprocs
[8]程序更不容易遇到 CPU 限流: https://github.com/uber-go/automaxprocs/issues/12#issuecomment-405976401
[9]错而知新: https://nanmu.me/zh-cn/categories/错而知新/
[10]基于服务优先级的抢占式调度: https://cloud.tencent.com/developer/article/1876817
标签:龟速,...,负载,节点,限流,limit,https,Limit,CPU 来源: https://www.cnblogs.com/lizexiong/p/15671177.html