Kubernetes节点压力驱逐机制深度解析

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什么是节点压力驱逐

节点压力驱逐（Node-pressure Eviction）是Kubernetes中kubelet组件的一个重要功能，它通过监控节点上的关键资源（如内存、磁盘空间和文件系统inode等），在资源达到预设阈值时主动终止一个或多个Pod以回收资源，防止节点资源耗尽导致系统不稳定。

核心工作机制

驱逐信号与阈值

kubelet通过以下关键指标来监控节点资源状态：

内存相关信号：

• memory.available：节点可用内存，计算方式为总内存减去工作集内存

文件系统相关信号：

• nodefs.available：节点主文件系统可用空间
• nodefs.inodesFree：节点主文件系统可用inode数量
• imagefs.available：容器镜像文件系统可用空间（如有）
• containerfs.available：容器文件系统可用空间（如有）

进程相关信号（仅Linux）：

• pid.available：可用进程ID数量

驱逐阈值类型

kubelet支持两种驱逐阈值配置：

1. 软驱逐阈值：

   • 需要同时设置阈值和宽限期
   • 资源压力持续超过宽限期后才会触发驱逐
   • 允许配置最大Pod终止宽限期

2. 硬驱逐阈值：

   • 没有宽限期
   • 一旦达到阈值立即终止Pod
   • 默认配置包括内存、磁盘空间等基础阈值

资源回收策略

在真正驱逐Pod前，kubelet会尝试以下资源回收措施：

内存压力时：

• 检查cgroup内存使用情况（Linux）
• 查询系统全局内存提交级别（Windows）

磁盘压力时（根据文件系统配置不同）：

1. 仅有nodefs时：

   • 清理死亡的Pod和容器
   • 删除未使用的镜像

2. 配置imagefs时：

   • nodefs压力：清理死亡的Pod和容器
   • imagefs压力：删除未使用的镜像

3. 配置containerfs和imagefs时：

   • containerfs压力：清理死亡的Pod和容器
   • imagefs压力：删除未使用的镜像

Pod驱逐选择逻辑

当资源回收无法缓解压力时，kubelet会按照以下优先级选择要驱逐的Pod：

1. 超出资源请求的Pod：

   • 先驱逐BestEffort类型的Pod
   • 然后是Burstable类型且实际使用超过请求的Pod
   • 按优先级排序，超出请求比例高的优先驱逐

2. 未超出资源请求的Pod：

   • 最后驱逐Guaranteed类型Pod
   • 以及Burstable类型但实际使用低于请求的Pod
   • 按优先级排序

特殊场景处理

静态Pod的处理

静态Pod被驱逐后，kubelet会尝试重新创建它们。但要注意：

• 低优先级的静态Pod可能无法在资源压力下获得足够资源
• kubelet会持续尝试运行所有静态Pod

节点状态与污点

kubelet会根据资源压力情况设置以下节点状态：

• MemoryPressure：内存不足
• DiskPressure：磁盘空间或inode不足
• PIDPressure：进程ID不足（仅Linux）

控制平面会自动将这些状态转换为对应的节点污点，影响Pod调度。

最佳实践建议

1. 合理设置资源请求和限制：

   • 为Pod配置准确的资源请求，帮助kubelet做出更好的驱逐决策

2. 监控与告警：

   • 监控关键驱逐信号，提前预警资源压力

3. 优先级配置：

   • 为关键Pod设置更高的优先级，降低被驱逐风险

4. 文件系统规划：

   • 考虑使用独立的imagefs提高容器镜像管理效率

5. 阈值调优：

   • 根据实际负载特点调整软/硬驱逐阈值和宽限期

总结

节点压力驱逐机制是Kubernetes保障节点稳定性的重要手段。通过理解其工作原理和配置方法，运维人员可以更好地平衡系统资源利用率和应用可用性，构建更健壮的Kubernetes集群。

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