Kubernetes 命名空间 CPU 资源约束配置指南

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概述

在 Kubernetes 集群管理中，合理分配和限制资源使用是保证集群稳定性的关键。本文将详细介绍如何为 Kubernetes 命名空间配置 CPU 资源的最小和最大约束，确保该命名空间中的所有 Pod 都遵循这些资源限制规则。

核心概念

LimitRange 对象

LimitRange 是 Kubernetes 中用于限制命名空间内资源分配的策略对象。通过定义 LimitRange，管理员可以：

1. 为容器和 Pod 设置 CPU 和内存资源的最小和最大值
2. 为没有显式指定资源请求的容器设置默认值
3. 确保命名空间内的资源使用符合预期

CPU 资源单位

Kubernetes 中 CPU 资源的计量单位：

• 1 CPU 相当于 1 个虚拟 CPU 核心（vCPU）
• 也可以使用毫核（millicpu）表示，如 500m 表示 0.5 个 CPU

配置步骤

1. 准备工作

确保你的 Kubernetes 集群满足以下条件：

• 拥有创建命名空间的权限
• 每个节点至少有 1.0 CPU 可供 Pod 使用

2. 创建测试命名空间

kubectl create namespace constraints-cpu-example

3. 创建 LimitRange 对象

以下是一个 LimitRange 的示例配置：

apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: cpu-min-max-demo-lr
spec:
  limits:
  - max:
      cpu: "800m"
    min:
      cpu: "200m"
    type: Container

这个配置定义了：

• 每个容器的 CPU 请求最小值：200m (0.2 CPU)
• 每个容器的 CPU 限制最大值：800m (0.8 CPU)

应用该配置：

kubectl apply -f cpu-constraints.yaml --namespace=constraints-cpu-example

4. 验证 LimitRange

查看 LimitRange 的详细信息：

kubectl get limitrange cpu-min-max-demo-lr --output=yaml --namespace=constraints-cpu-example

输出将显示自动生成的默认值（即使我们没有在配置中指定）：

limits:
- default:
    cpu: 800m
  defaultRequest:
    cpu: 800m
  max:
    cpu: 800m
  min:
    cpu: 200m
  type: Container

5. 创建合规的 Pod

创建一个符合约束条件的 Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "800m"
      requests:
        cpu: "500m"

这个 Pod 满足：

• CPU 请求(500m) ≥ 最小值(200m)
• CPU 限制(800m) ≤ 最大值(800m)

6. 测试约束效果

尝试创建超出最大限制的 Pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo-2
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-2-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "1.5"
      requests:
        cpu: "500m"

创建时会收到错误，因为 1.5 CPU 超过了 800m 的限制。

尝试创建低于最小请求的 Pod

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo-3
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-3-ctr
    image: nginx
    resources:
      limits:
        cpu: "800m"
      requests:
        cpu: "100m"

创建时会收到错误，因为 100m CPU 请求低于 200m 的最小值。

7. 默认值应用测试

创建一个不指定任何 CPU 请求和限制的 Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: constraints-cpu-demo-4
spec:
  containers:
  - name: constraints-cpu-demo-4-ctr
    image: nginx

Kubernetes 会自动应用 LimitRange 中定义的默认值（800m）。

最佳实践

1. 生产环境隔离：为不同部门或环境（如生产、开发）创建单独的命名空间，并设置不同的资源约束

2. 合理设置限制：根据节点实际资源情况设置约束，避免设置过高导致资源碎片化

3. 监控和调整：定期监控资源使用情况，根据实际需求调整约束值

4. 与 ResourceQuota 配合使用：LimitRange 控制单个容器的资源使用，ResourceQuota 控制整个命名空间的资源总量

注意事项

1. LimitRange 约束仅在 Pod 创建或更新时生效，不会影响已存在的 Pod

2. 默认值设置时，default 和 defaultRequest 应该相同，特别是对于不可压缩资源（如内存）

3. 确保节点有足够资源满足约束条件，否则 Pod 可能无法调度

清理资源

完成测试后，删除命名空间：

kubectl delete namespace constraints-cpu-example

通过合理配置 CPU 资源约束，可以有效防止资源滥用，确保 Kubernetes 集群的稳定运行。

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