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使用自定義鏡像創建CGroup V2節點

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Kubernetes采用CGroup實現容器的資源隔離。CGroup V2統一了訪問資源的路徑，支持Pod級別的資源監控、網絡重定向，同時在跨多資源協調上具備更強的資源隔離能力。本文介紹如何使用ack-image-builder工具構建CGroup V2的自定義鏡像，并在ACK控制臺使用自定義鏡像創建CGroup V2節點。

背景信息

CGroup

Kubernetes采用CGroup實現容器的資源隔離。CGroup分為V1和V2版本，V2版本提供了更一致的體驗和更豐富的功能。主要特性如下。

  • 統一了訪問資源的路徑，各種資源處于統一路徑下。

  • 新增PSI等功能特性。

  • 支持CGroup級別的eBPF掛載，可以實現Pod級別的資源監控、網絡重定向等。

  • 在跨多資源協調上具備更強的資源隔離能力。

    • 統一地管理各種類型的內存分配，例如網絡內存、Kernel內存等。

    • 支持異步資源變化的統計，例如通過Page Cache的Write-back統計實現異步IO的限制。

Kubernetes在1.18版本中支持CGroup V2，進入Alpha階段，在1.22版本中進入Beta階段，在1.25中進入GA。更多信息，請參見About cgroup v2。

ack-image-builder

ack-image-builder是阿里云推出的一款鏡像構建工具，旨在通過簡易的方式自動化構建鏡像。利用ack-image-builder可以構建出CGroup V2的系統鏡像，方便您在ACK集群中添加CGroup V2的節點。關于ack-image-builder，請參見ack-image-builder。

ack-image-builder基于開源工具HashiCorp Packer開發，HashiCorp Packer提供默認配置模板和校驗腳本。關于HashiCorp Packer，請參見HashiCorp Packer。

使用限制

限制項

說明

操作系統

目前僅Alibaba Cloud Linux 3支持CGroup V2。所以僅支持使用Alibaba Cloud Linux 3作為基礎鏡像來構建支持CGroup V2的自定義鏡像。

運行時

僅支持containerd運行時。

Kubernetes

1.28及以上版本。

應用或組件

如果集群上運行的應用或者組件依賴于CGroup，請確保它們與CGroup V2兼容。

  • 一般監控類的組件依賴CGroup，需要確保它們與CGroup V2兼容。

  • 使用ack-koordinator組件來控制Pod資源，版本需為v1.1.0以上，以便兼容CGroup V2。更多信息，請參見ack-koordinator（ack-slo-manager）。

注意事項

如果使用Java的應用，建議采用JDK 11.0.16或者JDK 15之后的版本，以便與CGroup V2兼容。更多信息，請參見JDK-8230305。

前提條件

已前往配額平臺申請使用自定義鏡像。

操作步驟

使用ack-image-builder創建Kubernetes集群自定義節點鏡像的步驟如下。

cgroup

  1. 安裝Packer。

    1. 單擊下載頁面，選擇操作系統對應的軟件版本并安裝Packer。關于安裝Packer，請參見安裝文檔。

    2. 執行如下命令，查看Packer版本信息。

      packer version

      預期輸出：

      Packer v1.*.*

      表示Packer已安裝成功。

  2. 執行如下命令，下載CGroup V2的配置模板。

    git clone https://github.com/AliyunContainerService/ack-image-builder.git
cd ack-image-builder

  3. 構建CGroup V2的節點自定義鏡像。

    1. 執行如下命令，導入AccessKey信息用于創建構建鏡像過程中的臨時資源。

      export ALICLOUD_ACCESS_KEY=XXXXXX
export ALICLOUD_SECRET_KEY=XXXXXX

    2. 執行如下命令，制作自定義鏡像。

      packer build  -var cgroup_mode=CGROUP_MODE_V2 examples/ack-aliyunlinux3.json

      其中cgroup_mode的參數為鏡像采用的CGroup模式，默認為CGROUP_MODE_V1。此處指定為CGROUP_MODE_V2，構建出的自定義鏡像采用CGroup V2的CGroup模式。

      展開查看預期輸出

      salicloud-ecs output will be in this color.

==> alicloud-ecs: Prevalidating source region and copied regions...
==> alicloud-ecs: Prevalidating image name...
    alicloud-ecs: Found image ID: aliyun_3_x64_20G_alibase_20221102.vhd
==> alicloud-ecs: Creating temporary keypair: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Creating vpc...
    alicloud-ecs: Created vpc: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Creating vswitch...
    alicloud-ecs: Created vswitch: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Creating security group...
    alicloud-ecs: Created security group: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Creating instance...
    alicloud-ecs: Created instance: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Allocating eip...
    alicloud-ecs: Allocated eip: xxxxxx
    alicloud-ecs: Attach keypair xxxxxx to instance: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Starting instance: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Using ssh communicator to connect: xx.xx.xx.xx
==> alicloud-ecs: Waiting for SSH to become available...
==> alicloud-ecs: Connected to SSH!
......
==> alicloud-ecs: Provisioning with shell script: scripts/set-cgroupv2.sh
    alicloud-ecs: CGROUP_MODE_V2
    alicloud-ecs: set cgroup mode to CGROUP_MODE_V2
......
==> alicloud-ecs: Stopping instance: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Waiting instance stopped: xxxxxx
==> alicloud-ecs: Creating image: test_image1564110199
    alicloud-ecs: Detach keypair xxxxxx from instance: xxxxxxx
==> alicloud-ecs: Cleaning up 'EIP'
==> alicloud-ecs: Cleaning up 'instance'
==> alicloud-ecs: Cleaning up 'security group'
==> alicloud-ecs: Cleaning up 'vSwitch'
==> alicloud-ecs: Cleaning up 'VPC'
==> alicloud-ecs: Deleting temporary keypair...
Build 'alicloud-ecs' finished.

==> Builds finished. The artifacts of successful builds are:
--> alicloud-ecs: Alicloud images were created:

cn-hangzhou: m-xxxxxxxxxxxxxxxxx

      其中scripts/set-cgroupv2.sh為設置CGroup版本，m-xxxxxxxxxxxxxxxxx為自定義鏡像ID。

  4. 采用CGroup V2鏡像創建集群。

    下文以創建ACK集群Pro版為例。

    1. 登錄容器服務管理控制臺，在左側導航欄選擇集群。

    2. 在集群列表頁面，單擊頁面右上角的創建集群。

    3. 在ACK托管版頁簽下，配置使用自定義鏡像創建集群的參數，然后按照頁面指引完成集群的創建。

      以下僅介紹重點參數的配置方法。關于參數的詳細配置，請參見創建ACK托管集群。

      1. 完成集群配置后，單擊下一步：節點池配置。

      2. 在節點池配置向導頁面，單擊顯示高級選項。單擊自定義鏡像后面的選擇。

      3. 在選擇自定義鏡像頁面，選擇目標鏡像，然后單擊使用。

      4. 完成集群的其他配置。

      集群創建完成后，該集群的節點會使用了自定義鏡像，后續節點池中擴容的節點也均會使用該鏡像。

  5. 登錄集群節點，執行如下命令查看CGroup類型。驗證集群中的節點是否采用了CGroup V2。

    df -T /sys/fs/cgroup

    預期結果：

    Filesystem     Type    1K-blocks  Used Available Use% Mounted on
cgroup2        cgroup2         0     0         0    - /sys/fs/cgroup

    表示集群中的節點采用了CGroup V2。

CGroup V2常用使用場景

使用CGroup V2限制容器IO速度

"CGroup V1"對異步的"blockio"統計不準確，導致容器的IO的統計和限制通常大大小于實際應用IO的量。

而在"CGroup V2"中會同時將這部分異步的IO統計到正確容器中，所以我們可以采用"CGroup V2"來限制容器的IO。

限制方式：

通過將對應的磁盤的I/O限制寫入到容器的"CGroupV2"的"io.max"限制文件中達到限制容器IO的效果。

詳細配置內容參考鏈接。

示例：

在容器啟動時，我們對容器的"CGroupV2"做IO的限制，隨后啟動"dd"命令來驗證限制后整體io被控制在限制的帶寬值：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: write-file-pod
spec:
  restartPolicy: Never
  containers:
    - name: dd-container
      image: alibaba-cloud-linux-3-registry.cn-hangzhou.cr.aliyuncs.com/alinux3/alinux3
      command:
      - bash
      - -c
      - "yum install -y sysstat; \ 
         echo '253:0 wbps=10485760' > /sys/fs/cgroup$(cat /proc/1/cgroup | awk -F ':' '{print $3}')/io.max; \
         dd if=/dev/zero of=/writefile bs=100M count=10 & iostat -dh 1 30;"
      securityContext:
        privileged: true
# 其中 "echo '253:0 wbps=10485760' > /sys/fs/cgroup/.../io.max"為io限制配置
# "253:0" 為磁盤的設備id，可以根據實際環境中寫入的磁盤設備調整
# "wbps"  是磁盤寫入帶寬限制, 10485760=10MB/s

將如上Pod部署到集群中后，查看Pod日志可以看到磁盤的IO被限制到配置的10MB/s。

# kubectl logs write-file-pod -f  
....
      tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn Device
    91.00         0.0k        10.8M       0.0k      10.8M vda

      tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn Device
    88.00         0.0k         9.6M       0.0k       9.6M vda