Introdução a Requests e Limits no Kubernetes: Gerenciamento de Recursos

No Kubernetes, o gerenciamento de recursos é essencial para garantir a estabilidade e eficiência de aplicações em execução. Requests e Limits são mecanismos que permitem definir, respectivamente, a alocação mínima e máxima de recursos (CPU e memória) para contêineres. Este documento explica como utilizar essas configurações para otimizar o uso do cluster e evitar problemas como esgotamento de recursos ou contêineres sendo terminados.

Requests e Limits no Kubernetes

No Kubernetes, requests e limits são usados para gerenciar os recursos de CPU e memória que os contêineres podem usar. Eles ajudam a garantir que os recursos do cluster sejam utilizados de maneira eficiente e que os contêineres não consumam mais recursos do que o necessário.

Requests

Os requests especificam a quantidade mínima de CPU e memória que um Pod ou contêiner precisa para funcionar. Ao configurar requests, você está reservando essa quantidade de recursos do total disponível no cluster para uma determinada aplicação. O Kubernetes usa esses valores para decidir em qual nó do cluster o contêiner será agendado. Se um nó não tiver recursos suficientes para atender aos requests de um contêiner, o Kubernetes não agendará o contêiner nesse nó.

Exemplo de mensagem falta de recursos:

Aqui está um exemplo de log que pode ser gerado pelo Kubernetes quando um contêiner não pode ser agendado devido à falta de recursos:

Warning  FailedScheduling  2m (x3 over 5m)  default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 Insufficient cpu, 2 Insufficient memory.

Neste exemplo, o log indica que o agendador do Kubernetes tentou agendar um Pod, mas falhou porque nenhum dos nós disponíveis tinha recursos suficientes. Especificamente, um nó não tinha CPU suficiente e dois nós não tinham memória suficiente para atender aos requests do Pod.

Ou:

Aqui estão alguns exemplos de logs que indicam falta de recursos em um nó no Kubernetes:

Log de falta de CPU em um nó:

Warning  EvictionThresholdMet  1m (x5 over 10m)  kubelet, node-1  Attempting to reclaim CPU resource

Log de falta de memória em um nó:

Warning  EvictionThresholdMet  2m (x3 over 15m)  kubelet, node-2  Attempting to reclaim memory resource

Log de OOM (Out of Memory) em um nó:

Warning  OOMKilling  3m (x2 over 20m)  kubelet, node-3  Memory cgroup out of memory: Kill process 12345 (example-process) score 1000 or sacrifice child

Log de falta de espaço em disco em um nó:

Warning  EvictionThresholdMet  4m (x4 over 25m)  kubelet, node-4  Attempting to reclaim disk resource

Esses logs são gerados pelo kubelet em cada nó e indicam que o nó está tentando recuperar recursos devido à falta de CPU, memória ou espaço em disco.

Exemplo de configuração de requests:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: nginx
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"

Limits

Os limits especificam a quantidade máxima de CPU e memória que um Pod ou contêiner pode usar. Se um contêiner tentar usar mais recursos do que os especificados nos limits, ele será restringido. Para a CPU, o contêiner será limitado ao valor máximo especificado. Para a memória, se o contêiner tentar usar mais do que o limite, ele será encerrado (killed) pelo Kubernetes.

Exemplo de configuração de limits:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: nginx
    resources:
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"

Configuração Completa de Requests e Limits

Normalmente, requests e limits são configurados juntos para garantir que os contêineres tenham os recursos necessários para funcionar corretamente, mas sem consumir mais do que o necessário.

Exemplo de configuração completa:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: nginx
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"
      limits:
        memory: "128Mi"
        cpu: "500m"

Considerações

Planejamento de Capacidade: Configurar requests e limits ajuda no planejamento de capacidade do cluster, garantindo que os recursos sejam alocados de maneira eficiente.
Qualidade de Serviço (QoS): O Kubernetes usa requests e limits para determinar a classe de qualidade de serviço (QoS) de um Pod. Existem três classes de QoS: Guaranteed, Burstable e BestEffort.
Prevenção de Sobrecarga: Definir limits ajuda a prevenir que um único contêiner sobrecarregue o nó, afetando outros contêineres.

Ao configurar requests e limits, é importante entender as necessidades dos seus aplicativos e ajustar os valores de acordo. Isso garante que os aplicativos tenham os recursos necessários para funcionar corretamente, enquanto mantém a eficiência do uso dos recursos do cluster.

Importância de Configurar Requests e Limits no Kubernetes

Configurar requests e limits no Kubernetes é crucial para garantir a eficiência e a estabilidade do cluster. Aqui estão alguns pontos importantes:

Eficiência de Recursos: Ao definir requests, você garante que os recursos mínimos necessários para os contêineres sejam reservados, evitando que eles sejam agendados em nós que não podem suportá-los. Isso ajuda a utilizar os recursos do cluster de maneira eficiente.
Prevenção de Sobrecarga: Definir limits impede que um contêiner consuma mais recursos do que o necessário, evitando que ele sobrecarregue o nó e afete outros contêineres. Isso é especialmente importante em ambientes compartilhados.
Qualidade de Serviço (QoS): O Kubernetes usa requests e limits para determinar a classe de qualidade de serviço (QoS) de um Pod. Isso ajuda a priorizar recursos para contêineres críticos e garantir que eles tenham os recursos necessários para funcionar corretamente.
Estabilidade das Aplicações: Configurar requests e limits ajuda a garantir que as aplicações tenham os recursos necessários para funcionar de maneira estável, evitando falhas devido à falta de recursos.

Comandos para Verificar Configurações de Requests e Limits

Você pode usar os seguintes comandos kubectl para verificar as configurações de requests e limits dos Pods e contêineres no seu cluster:

Verificar Requests e Limits de um Pod Específico:

kubectl get pod <pod-name> -o jsonpath='{.spec.containers[*].resources}'

Listar Todos os Pods com Requests e Limits:

kubectl get pods --all-namespaces -o custom-columns='NAMESPACE:.metadata.namespace,POD:.metadata.name,CONTAINER:.spec.containers[*].name,REQUESTS_CPU:.spec.containers[*].resources.requests.cpu,REQUESTS_MEMORY:.spec.containers[*].resources.requests.memory,LIMITS_CPU:.spec.containers[*].resources.limits.cpu,LIMITS_MEMORY:.spec.containers[*].resources.limits.memory'

Verificar a Classe de Qualidade de Serviço (QoS) de um Pod:

kubectl get pod <pod-name> -o jsonpath='{.status.qosClass}'

Verificar Recursos de um Nó:

kubectl describe node <node-name>

Esses comandos ajudam a monitorar e garantir que os requests e limits estejam configurados corretamente, contribuindo para a eficiência e estabilidade do seu cluster Kubernetes.

Comando `kubectl top nodes`

Sim, você pode usar o comando kubectl top nodes para verificar os recursos disponíveis e o uso atual de CPU e memória em cada nó do cluster. Este comando fornece uma visão geral rápida do consumo de recursos no nível do nó.

Comando `kubectl top nodes`

kubectl top nodes

Exemplo de Saída

NAME           CPU(cores)   CPU%   MEMORY(bytes)   MEMORY%
node-1         500m         25%    1024Mi          50%
node-2         300m         15%    512Mi           25%
node-3         700m         35%    2048Mi          75%

Explicação

NAME: Nome do nó.
CPU(cores): Uso atual de CPU em milicores.
CPU%: Porcentagem de uso da CPU em relação à capacidade total do nó.
MEMORY(bytes): Uso atual de memória em bytes.
MEMORY%: Porcentagem de uso da memória em relação à capacidade total do nó.

Este comando é útil para monitorar o uso de recursos e identificar possíveis gargalos ou nós sobrecarregados no cluster.

Ferramentas úteis sobre recursos no Kubernetes

kube-capacity: Uma CLI simples que fornece uma visão geral dos requests, limits e utilização de recursos em um cluster Kubernetes.
kubectl-df-pv: Plugin do kubectl que oferece aos administradores uma utilidade semelhante ao df (disk free) para volumes persistentes.
krr: Recomendações de recursos do Kubernetes baseadas no Prometheus.
goldilocks: Obtenha seus requests de recursos "na medida certa".

Introdução a Requests e Limits no Kubernetes: Gerenciamento de Recursos

Requests e Limits no Kubernetes

Requests

Exemplo de mensagem falta de recursos:

Ou:

Exemplo de configuração de requests:

Limits

Exemplo de configuração de limits:

Configuração Completa de Requests e Limits

Exemplo de configuração completa:

Considerações

Importância de Configurar Requests e Limits no Kubernetes

Comandos para Verificar Configurações de Requests e Limits

Verificar Requests e Limits de um Pod Específico:

Listar Todos os Pods com Requests e Limits:

Verificar a Classe de Qualidade de Serviço (QoS) de um Pod:

Verificar Recursos de um Nó:

Comando kubectl top nodes

Comando kubectl top nodes

Exemplo de Saída

Explicação

Ferramentas úteis sobre recursos no Kubernetes

Referências

Comando `kubectl top nodes`

Comando `kubectl top nodes`