云原生之深入解析如何在Kubernetes中快速启用Cgroup V2支持

一、cgroup v2 有哪些优势？

• Linux 中有两个 cgroup 版本：cgroup v1 和 cgroup v2。cgroup v2 是新一代的 cgroup API。Kubernetes 自 v1.25 起 cgroup2 特性正式 stable。
• cgroup v2 提供了一个具有增强资源管理能力的统一控制系统，cgroup v2 对 cgroup v1 进行了多项改进，例如：
• • API 中单个统一的层次结构设计；
• • 更安全的子树委派给容器；
• • 更新的功能特性， 例如压力阻塞信息（Pressure Stall Information，PSI）；
• • 跨多个资源的增强资源分配管理和隔离；
• • 统一核算不同类型的内存分配（网络内存、内核内存等）；
• • 考虑非即时资源变化，例如页面缓存回写；
• 一些 Kubernetes 特性专门使用 cgroup v2 来增强资源管理和隔离。例如，MemoryQoS 特性改进了内存 QoS 并依赖于 cgroup v2 原语。

二、使用 cgroup v2 前提

• cgroup v2 具有以下要求：
• • 操作系统发行版启用 cgroup v2
• • Ubuntu（从 21.10 开始，推荐 22.04+）
• • Debian GNU/Linux（从 Debian 11 Bullseye 开始）
• • Fedora（从 31 开始）
• • RHEL 和类似 RHEL 的发行版（从 9 开始）
• • Linux 内核为 5.8 或更高版本
• • 容器运行时支持 cgroup v2。例如：
• • containerd v1.4 和更高版本
• • cri-o v1.20 和更高版本
• • kubelet 和容器运行时被配置为使用 systemd cgroup 驱动。

三、使用 cgroup v2

① 启用并检查 Linux 节点的 cgroup v2

• 以 Debian 11 Bullseye + containerd v1.4 为例，Debian 11 Bullseye 默认已启用 cgroup v2，可以通过如下命令验证：

stat -fc %T /sys/fs/cgroup/

• 对于 cgroup v2，输出为 cgroup2fs。
• 对于 cgroup v1，输出为 tmpfs。
• 如果没有启用，可以通过在 /etc/default/grub 下的 GRUB_CMDLINE_LINUX 中添加 systemd.unified_cgroup_hierarchy=1， 然后执行 sudo update-grub。
• 如果是树莓派, 标准 Raspberry Pi OS 安装时不会启用 cgroups，需要 cgroups 来启动 systemd 服务。可以通过将 cgroup_memory=1 cgroup_enable=memory systemd.unified_cgroup_hierarchy=1 附加到 /boot/cmdline.txt 来启用 cgroups，并重启生效。

② kubelet 使用 systemd cgroup 驱动

• kubeadm 支持在执行 kubeadm init 时，传递一个 KubeletConfiguration 结构体。KubeletConfiguration 包含 cgroupDriver 字段，可用于控制 kubelet 的 cgroup 驱动。
• 在版本 1.22 中，如果用户没有在 KubeletConfiguration 中设置 cgroupDriver 字段， kubeadm init 会将它设置为默认值 systemd。这是一个最小化的示例，其中显式的配置了此字段：

# kubeadm-config.yaml
kind: ClusterConfiguration
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kubernetesVersion: v1.21.0
---
kind: KubeletConfiguration
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
cgroupDriver: systemd

• 这样一个配置文件就可以传递给 kubeadm 命令：

kubeadm init --config kubeadm-config.yaml

• Kubeadm 对集群所有的节点，使用相同的 KubeletConfiguration，KubeletConfiguration 存放于 kube-system 命名空间下的某个 ConfigMap 对象中。
• 执行 init、join 和 upgrade 等子命令会促使 kubeadm 将 KubeletConfiguration 写入到文件 /var/lib/kubelet/config.yaml 中， 继而把它传递给本地节点的 kubelet。

③ containerd 使用 systemd cgroup 驱动

• 编辑 /etc/containerd/config.toml:

[plugins.cri.containerd.runtimes.runc.options]
    SystemdCgroup = true

四、升级监控组件以支持 cgroup v2 监控

• cgroup v2 使用一个与 cgroup v1 不同的 API，因此如果有任何应用直接访问cgroup 文件系统， 则需要将这些应用更新为支持 cgroup v2 的版本。例如：
• • 一些第三方监控和安全代理可能依赖于 cgroup 文件系统，要将这些代理更新到支持 > cgroup v2 的版本。
• • 如果以独立的 DaemonSet 的形式运行 cAdvisor 以监控 Pod 和容器， 需将其更> 新到 v0.43.0 或更高版本。
• • 如果使用 JDK，推荐使用 JDK 11.0.16 及更高版本或 JDK 15 及更高版本， 以便> 完全支持 cgroup v2。

五、总结

• Kubernetes 自 v1.25 起 cgroup2 特性正式 stable，cgroup2 相比 cgroup v1 有以下优势:
• • API 中单个统一的层次结构设计；
• • 更安全的子树委派给容器；
• • 更新的功能特性， 例如压力阻塞信息（Pressure Stall Information，PSI）；
• • 跨多个资源的增强资源分配管理和隔离；
• • 统一核算不同类型的内存分配（网络内存、内核内存等）；
• • 考虑非即时资源变化，例如页面缓存回写；
• 推荐在使用 Kubernetes v1.25 及以上版本时，使用支持 cgroup v2 的linux 和 CRI，并启用 Kubernetes 的 cgroup v2 功能。