Kubernetesの基本を学ぶ

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コンテナおよびPodへのCPUリソースの割り当て

このページでは、CPUの request と limit をコンテナに割り当てる方法について示します。コンテナは設定された制限を超えてCPUを使用することはできません。システムにCPUの空き時間がある場合、コンテナには要求されたCPUを割り当てられます。

始める前に

Kubernetesクラスターが必要、かつそのクラスターと通信するためにkubectlコマンドラインツールが設定されている必要があります。 まだクラスターがない場合、Minikubeを使って作成するか、 以下のいずれかのKubernetesプレイグラウンドも使用できます:

バージョンを確認するには次のコマンドを実行してください: kubectl version.

クラスターの各ノードには、少なくとも1つ以上のCPUが必要になります。

このページのいくつかの手順では、クラスターにてmetrics-serverサービスを実行する必要があります。すでにmetrics-serverが動作している場合、これらの手順をスキップできます。

MinikubeA tool for running Kubernetes locally. を動作させている場合、以下のコマンドによりmetrics-serverを有効にできます:

minikube addons enable metrics-server

metrics-serverが実行されているか、もしくはリソースメトリクスAPI (metrics.k8s.io) の別のプロバイダーが実行されていることを確認するには、以下のコマンドを実行してください:

kubectl get apiservices

リソースメトリクスAPIが利用可能であれば、出力には metrics.k8s.io への参照が含まれます。

NAME
v1beta1.metrics.k8s.io

namespaceの作成

この練習で作成するリソースがクラスター内で分離されるよう、Namespace同一の物理クラスター上で複数の仮想クラスターをサポートするために使われる抽象概念です。 を作成します。

kubectl create namespace cpu-example

CPUの要求と制限を指定する

コンテナにCPUの要求を指定するには、コンテナのリソースマニフェストにresources:requestsフィールドを追記します。CPUの制限を指定するには、resources:limitsを追記します。

この練習では、一つのコンテナをもつPodを作成します。コンテナに0.5 CPUの要求と1 CPUの制限を与えます。Podの設定ファイルは次のようになります:

pods/resource/cpu-request-limit.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cpu-demo
  namespace: cpu-example
spec:
  containers:
  - name: cpu-demo-ctr
    image: vish/stress
    resources:
      limits:
        cpu: "1"
      requests:
        cpu: "0.5"
    args:
    - -cpus
    - "2"

設定ファイルのargsセクションでは、コンテナ起動時の引数を与えます。-cpus "2"という引数では、コンテナに2 CPUを割り当てます。

Podを作成してください:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/cpu-request-limit.yaml --namespace=cpu-example

Podのコンテナが起動していることを検証してください:

kubectl get pod cpu-demo --namespace=cpu-example

Podの詳細な情報を確認してください:

kubectl get pod cpu-demo --output=yaml --namespace=cpu-example

この出力では、Pod内の一つのコンテナに500ミリCPUの要求と1 CPUの制限があることを示しています。

resources:
  limits:
    cpu: "1"
  requests:
    cpu: 500m

kubectl topを実行し、Podのメトリクスを取得してください:

kubectl top pod cpu-demo --namespace=cpu-example

この出力では、Podが974ミリCPUを使用していることを示しています。Podの設定で指定した1 CPUの制限よりわずかに小さい値です。

NAME                        CPU(cores)   MEMORY(bytes)
cpu-demo                    974m         <something>

-cpu "2"を設定することで、コンテナが2 CPU利用しようとすることを思い出してください。しかしながら、コンテナは約1 CPUしか使用することができません。コンテナが制限よりも多くのCPUリソースを利用しようとしているため、コンテナのCPUの利用が抑制されています。

備考: CPUの使用量が1.0未満である理由の可能性して、ノードに利用可能なCPUリソースが十分にないことが挙げられます。この練習における必要条件として、各ノードに少なくとも1 CPUが必要であることを思い出してください。1 CPUのノード上でコンテナを実行させる場合、指定したコンテナのCPU制限にかかわらず、コンテナは1 CPU以上使用することはできません。

CPUの単位

CPUリソースは CPU の単位で示されます。Kubernetesにおいて1つのCPUは次に等しくなります:

  • 1 AWS vCPU
  • 1 GCPコア
  • 1 Azure vCore
  • ハイパースレッディングが有効なベアメタルIntelプロセッサーの1スレッド

小数値も利用可能です。0.5 CPUを要求するコンテナには、1 CPUを要求するコンテナの半分のCPUが与えられます。mというミリを表す接尾辞も使用できます。たとえば、100m CPU、100 milliCPU、0.1 CPUはすべて同じです。1m以上の精度は指定できません。

CPUはつねに絶対量として要求され、決して相対量としては要求されません。0.1はシングルコア、デュアルコア、48コアCPUのマシンで同じ量となります。

Podを削除してください:

kubectl delete pod cpu-demo --namespace=cpu-example

ノードよりも大きいCPU要求を指定する

CPU要求と制限はコンテナと関連づけられていますが、PodにCPU要求と制限が与えられていると考えるとわかりやすいでしょう。PodのCPU要求は、Pod内のすべてのコンテナのCPU要求の合計となります。同様に、PodのCPU制限は、Pod内のすべてのコンテナのCPU制限の合計となります。

Podのスケジューリングはリソースの要求量に基づいています。Podはノード上で動作するうえで、そのCPU要求に対してノードに十分利用可能なCPUリソースがある場合のみスケジュールされます。

この練習では、クラスター内のノードのキャパシティを超える大きさのCPU要求を与えたPodを作成します。以下に100 CPUの要求を与えた一つのコンテナを持つ、Podの設定ファイルを示します。これは、クラスター内のノードのキャパシティを超える可能性があります。

pods/resource/cpu-request-limit-2.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: cpu-demo-2
  namespace: cpu-example
spec:
  containers:
  - name: cpu-demo-ctr-2
    image: vish/stress
    resources:
      limits:
        cpu: "100"
      requests:
        cpu: "100"
    args:
    - -cpus
    - "2"

Podを作成してください:

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/pods/resource/cpu-request-limit-2.yaml --namespace=cpu-example

Podの状態を確認してください:

kubectl get pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example

この出力では、Podのステータスが待機中であることを示しています。つまり、Podがどのノードに対しても実行するようスケジュールされておらず、いつまでも待機状態のままであることを表しています:

kubectl get pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example
NAME         READY     STATUS    RESTARTS   AGE
cpu-demo-2   0/1       Pending   0          7m

イベントを含むPodの詳細な情報を確認してください:

kubectl describe pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example

この出力では、ノードのCPU不足のためコンテナがスケジュールされないことを示しています:

Events:
  Reason                        Message
  ------                        -------
  FailedScheduling      No nodes are available that match all of the following predicates:: Insufficient cpu (3).

Podを削除してください:

kubectl delete pod cpu-demo-2 --namespace=cpu-example

CPU制限を指定しない場合

コンテナのCPU制限を指定しない場合、次のいずれかの状態となります:

  • コンテナのCPUリソースの使用量に上限がない状態となります。コンテナは実行中のノードで利用可能なすべてのCPUを使用できます。

  • CPU制限を与えられたnamespaceでコンテナを実行されると、コンテナにはデフォルトの制限値が自動的に指定されます。クラスターの管理者はLimitRangeによってCPU制限のデフォルト値を指定できます。

CPU要求と制限のモチベーション

クラスターで動作するコンテナにCPU要求と制限を設定することで、クラスターのノードで利用可能なCPUリソースを効率的に使用することができます。PodのCPU要求を低く保つことで、Podがスケジュールされやすくなります。CPU要求よりも大きい制限を与えることで、次の2つを実現できます:

  • Podは利用可能なCPUリソースを、突発的な活動（バースト）に使用することができます。
  • バースト中のPodのCPUリソース量は、適切な量に制限されます。

クリーンアップ

namespaceを削除してください:

kubectl delete namespace cpu-example

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