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리소스 쿼터 concept 10

여러 사용자나 팀이 정해진 수의 노드로 클러스터를 공유할 때 한 팀이 공정하게 분배된 리소스보다 많은 리소스를 사용할 수 있다는 우려가 있다.

리소스 쿼터는 관리자가 이 문제를 해결하기 위한 도구이다.

ResourceQuota 오브젝트로 정의된 리소스 쿼터는 네임스페이스별 총 리소스 사용을 제한하는 제약 조건을 제공한다. 유형별로 네임스페이스에서 만들 수 있는 오브젝트 수와 해당 프로젝트의 리소스가 사용할 수 있는 총 컴퓨트 리소스의 양을 제한할 수 있다.

리소스 쿼터는 다음과 같이 작동한다.

  • 다른 팀은 다른 네임스페이스에서 작동한다. 현재 이것은 자발적이지만 ACL을 통해 이 필수 사항을 적용하기 위한 지원이 계획되어 있다.
  • 관리자는 각 네임스페이스에 대해 하나의 ResourceQuota를 생성한다.
  • 사용자는 네임스페이스에서 리소스(파드, 서비스 등)를 생성하고 쿼터 시스템은 사용량을 추적하여 ResourceQuota에 정의된 하드(hard) 리소스 제한을 초과하지 않도록 한다.
  • 리소스를 생성하거나 업데이트할 때 쿼터 제약 조건을 위반하면 위반된 제약 조건을 설명하는 메시지와 함께 HTTP 상태 코드 403 FORBIDDEN으로 요청이 실패한다.
  • cpu, memory와 같은 컴퓨트 리소스에 대해 네임스페이스에서 쿼터가 활성화된 경우 사용자는 해당값에 대한 요청 또는 제한을 지정해야 한다. 그렇지 않으면 쿼터 시스템이 파드 생성을 거부할 수 있다. 힌트: 컴퓨트 리소스 요구 사항이 없는 파드를 기본값으로 설정하려면 LimitRanger 어드미션 컨트롤러를 사용하자. 이 문제를 회피하는 방법에 대한 예제는 연습을 참고하길 바란다.

ResourceQuota 오브젝트의 이름은 유효한 DNS 서브도메인 이름이어야 한다.

네임스페이스와 쿼터를 사용하여 만들 수 있는 정책의 예는 다음과 같다.

  • 용량이 32GiB RAM, 16 코어인 클러스터에서 A 팀이 20GiB 및 10 코어를 사용하고 B 팀은 10GiB 및 4 코어를 사용하게 하고 2GiB 및 2 코어를 향후 할당을 위해 보유하도록 한다.
  • "testing" 네임스페이스를 1 코어 및 1GiB RAM을 사용하도록 제한한다. "production" 네임스페이스에는 원하는 양을 사용하도록 한다.

클러스터의 총 용량이 네임스페이스의 쿼터 합보다 작은 경우 리소스에 대한 경합이 있을 수 있다. 이것은 선착순으로 처리된다.

경합이나 쿼터 변경은 이미 생성된 리소스에 영향을 미치지 않는다.

리소스 쿼터 활성화

많은 쿠버네티스 배포판에 기본적으로 리소스 쿼터 지원이 활성화되어 있다. API 서버 --enable-admission-plugins= 플래그의 인수 중 하나로 ResourceQuota가 있는 경우 활성화된다.

해당 네임스페이스에 ResourceQuota가 있는 경우 특정 네임스페이스에 리소스 쿼터가 적용된다.

컴퓨트 리소스 쿼터

지정된 네임스페이스에서 요청할 수 있는 총 컴퓨트 리소스 합을 제한할 수 있다.

다음과 같은 리소스 유형이 지원된다.

리소스 이름 설명
limits.cpu 터미널이 아닌 상태의 모든 파드에서 CPU 제한의 합은 이 값을 초과할 수 없음
limits.memory 터미널이 아닌 상태의 모든 파드에서 메모리 제한의 합은 이 값을 초과할 수 없음
requests.cpu 터미널이 아닌 상태의 모든 파드에서 CPU 요청의 합은 이 값을 초과할 수 없음
requests.memory 터미널이 아닌 상태의 모든 파드에서 메모리 요청의 합은 이 값을 초과할 수 없음

확장된 리소스에 대한 리소스 쿼터

위에서 언급한 리소스 외에도 릴리스 1.10에서는 확장된 리소스에 대한 쿼터 지원이 추가되었다.

확장된 리소스에는 오버커밋(overcommit)이 허용되지 않으므로 하나의 쿼터에서 동일한 확장된 리소스에 대한 requests와 limits을 모두 지정하는 것은 의미가 없다. 따라서 확장된 리소스의 경우 지금은 접두사 requests.이 있는 쿼터 항목만 허용된다.

예를 들어, 리소스 이름이 nvidia.com/gpu이고 네임스페이스에서 요청된 총 GPU 수를 4개로 제한하려는 경우, GPU 리소스를 다음과 같이 쿼터를 정의할 수 있다.

  • requests.nvidia.com/gpu: 4

자세한 내용은 쿼터 보기 및 설정을 참고하길 바란다.

스토리지 리소스 쿼터

지정된 네임스페이스에서 요청할 수 있는 총 스토리지 리소스 합을 제한할 수 있다.

또한 연관된 ​​스토리지 클래스를 기반으로 스토리지 리소스 사용을 제한할 수 있다.

리소스 이름 설명
requests.storage 모든 퍼시스턴트 볼륨 클레임에서 스토리지 요청의 합은 이 값을 초과할 수 없음
persistentvolumeclaims 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 퍼시스턴트 볼륨 클레임 수
<storage-class-name>.storageclass.storage.k8s.io/requests.storage storage-class-name과 관련된 모든 퍼시스턴트 볼륨 클레임에서 스토리지 요청의 합은 이 값을 초과할 수 없음
<storage-class-name>.storageclass.storage.k8s.io/persistentvolumeclaims storage-class-name과 관련된 모든 퍼시스턴트 볼륨 클레임에서 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 퍼시스턴트 볼륨 클레임 수

예를 들어, 운영자가 bronze 스토리지 클래스와 별도로 gold 스토리지 클래스를 사용하여 스토리지에 쿼터를 지정하려는 경우 운영자는 다음과 같이 쿼터를 정의할 수 있다.

  • gold.storageclass.storage.k8s.io/requests.storage: 500Gi
  • bronze.storageclass.storage.k8s.io/requests.storage: 100Gi

릴리스 1.8에서는 로컬 임시 스토리지에 대한 쿼터 지원이 알파 기능으로 추가되었다.

리소스 이름 설명
requests.ephemeral-storage 네임스페이스의 모든 파드에서 로컬 임시 스토리지 요청의 합은 이 값을 초과할 수 없음
limits.ephemeral-storage 네임스페이스의 모든 파드에서 로컬 임시 스토리지 제한의 합은 이 값을 초과할 수 없음

오브젝트 수 쿼터

1.9 릴리스는 다음 구문을 사용하여 모든 표준 네임스페이스 리소스 유형에 쿼터를 지정하는 지원을 추가했다.

  • count/<resource>.<group>

다음은 사용자가 오브젝트 수 쿼터 아래에 배치하려는 리소스 셋의 예이다.

  • count/persistentvolumeclaims
  • count/services
  • count/secrets
  • count/configmaps
  • count/replicationcontrollers
  • count/deployments.apps
  • count/replicasets.apps
  • count/statefulsets.apps
  • count/jobs.batch
  • count/cronjobs.batch
  • count/deployments.extensions

1.15 릴리스는 동일한 구문을 사용하여 사용자 정의 리소스에 대한 지원을 추가했다. 예를 들어 example.com API 그룹에서 widgets 사용자 정의 리소스에 대한 쿼터를 생성하려면 count/widgets.example.com을 사용한다.

count/* 리소스 쿼터를 사용할 때 서버 스토리지 영역에 있다면 오브젝트는 쿼터에 대해 과금된다. 이러한 유형의 쿼터는 스토리지 리소스 고갈을 방지하는 데 유용하다. 예를 들어, 크기가 큰 서버에서 시크릿 수에 쿼터를 지정할 수 있다. 클러스터에 시크릿이 너무 많으면 실제로 서버와 컨트롤러가 시작되지 않을 수 있다! 네임스페이스에 너무 많은 작업을 생성하는 잘못 구성된 크론 잡으로 인해 서비스 거부를 유발하는 것으로부터 보호하기 위해 작업의 쿼터를 지정하도록 선택할 수 있다.

1.9 릴리스 이전에는 제한된 리소스 셋에서 일반 오브젝트 수 쿼터를 적용할 수 있었다. 또한, 특정 리소스에 대한 쿼터를 유형별로 추가로 제한할 수 있다.

다음 유형이 지원된다.

리소스 이름 설명
configmaps 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 구성 맵 수
persistentvolumeclaims 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 퍼시스턴트 볼륨 클레임 수
pods 네임스페이스에 존재할 수 있는 터미널이 아닌 상태의 파드의 총 수. .status.phase in (Failed, Succeeded)가 true인 경우 파드는 터미널 상태임
replicationcontrollers 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 레플리케이션 컨트롤러 수
resourcequotas 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 리소스 쿼터 수
services 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 서비스 수
services.loadbalancers 네임스페이스에 존재할 수 있는 로드 밸런서 유형의 총 서비스 수
services.nodeports 네임스페이스에 존재할 수 있는 노드 포트 유형의 총 서비스 수
secrets 네임스페이스에 존재할 수 있는 총 시크릿 수

예를 들어, pods 쿼터는 터미널이 아닌 단일 네임스페이스에서 생성된 pods 수를 계산하고 최댓값을 적용한다. 사용자가 작은 파드를 많이 생성하여 클러스터의 파드 IP 공급이 고갈되는 경우를 피하기 위해 네임스페이스에 pods 쿼터를 설정할 수 있다.

쿼터 범위

각 쿼터에는 연결된 범위 셋이 있을 수 있다. 쿼터는 열거된 범위의 교차 부분과 일치하는 경우에만 리소스 사용량을 측정한다.

범위가 쿼터에 추가되면 해당 범위와 관련된 리소스를 지원하는 리소스 수가 제한된다. 허용된 셋 이외의 쿼터에 지정된 리소스는 유효성 검사 오류가 발생한다.

범위 설명
Terminating .spec.activeDeadlineSeconds >= 0에 일치하는 파드
NotTerminating .spec.activeDeadlineSeconds is nil에 일치하는 파드
BestEffort 최상의 서비스 품질을 제공하는 파드
NotBestEffort 서비스 품질이 나쁜 파드

BestEffort 범위는 다음의 리소스(파드)를 추적하도록 쿼터를 제한한다.

Terminating, NotTerminating 및 NotBestEffort 범위는 쿼터를 제한하여 다음의 리소스를 추적한다.

  • cpu
  • limits.cpu
  • limits.memory
  • memory
  • pods
  • requests.cpu
  • requests.memory

PriorityClass별 리소스 쿼터

{{< feature-state for_k8s_version="v1.12" state="beta" >}}

특정 우선 순위로 파드를 생성할 수 있다. 쿼터 스펙의 scopeSelector 필드를 사용하여 파드의 우선 순위에 따라 파드의 시스템 리소스 사용을 제어할 수 있다.

쿼터 스펙의 scopeSelector가 파드를 선택한 경우에만 쿼터가 일치하고 사용된다.

이 예에서는 쿼터 오브젝트를 생성하여 특정 우선 순위의 파드와 일치시킨다. 예제는 다음과 같이 작동한다.

  • 클러스터의 파드는 "low(낮음)", "medium(중간)", "high(높음)"의 세 가지 우선 순위 클래스 중 하나를 가진다.
  • 각 우선 순위마다 하나의 쿼터 오브젝트가 생성된다.

다음 YAML을 quota.yml 파일에 저장한다.

apiVersion: v1
kind: List
items:
- apiVersion: v1
  kind: ResourceQuota
  metadata:
    name: pods-high
  spec:
    hard:
      cpu: "1000"
      memory: 200Gi
      pods: "10"
    scopeSelector:
      matchExpressions:
      - operator : In
        scopeName: PriorityClass
        values: ["high"]
- apiVersion: v1
  kind: ResourceQuota
  metadata:
    name: pods-medium
  spec:
    hard:
      cpu: "10"
      memory: 20Gi
      pods: "10"
    scopeSelector:
      matchExpressions:
      - operator : In
        scopeName: PriorityClass
        values: ["medium"]
- apiVersion: v1
  kind: ResourceQuota
  metadata:
    name: pods-low
  spec:
    hard:
      cpu: "5"
      memory: 10Gi
      pods: "10"
    scopeSelector:
      matchExpressions:
      - operator : In
        scopeName: PriorityClass
        values: ["low"]

kubectl create를 사용하여 YAML을 적용한다.

kubectl create -f ./quota.yml

resourcequota/pods-high created
resourcequota/pods-medium created
resourcequota/pods-low created

kubectl describe quota를 사용하여 Used 쿼터가 0인지 확인하자.

kubectl describe quota

Name:       pods-high
Namespace:  default
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
cpu         0     1k
memory      0     200Gi
pods        0     10


Name:       pods-low
Namespace:  default
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
cpu         0     5
memory      0     10Gi
pods        0     10


Name:       pods-medium
Namespace:  default
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
cpu         0     10
memory      0     20Gi
pods        0     10

우선 순위가 "high"인 파드를 생성한다. 다음 YAML을 high-priority-pod.yml 파일에 저장한다.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: high-priority
spec:
  containers:
  - name: high-priority
    image: ubuntu
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "while true; do echo hello; sleep 10;done"]
    resources:
      requests:
        memory: "10Gi"
        cpu: "500m"
      limits:
        memory: "10Gi"
        cpu: "500m"
  priorityClassName: high

kubectl create로 적용하자.

kubectl create -f ./high-priority-pod.yml

"high" 우선 순위 쿼터가 적용된 pods-high에 대한 "Used" 통계가 변경되었고 다른 두 쿼터는 변경되지 않았는지 확인한다.

kubectl describe quota

Name:       pods-high
Namespace:  default
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
cpu         500m  1k
memory      10Gi  200Gi
pods        1     10


Name:       pods-low
Namespace:  default
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
cpu         0     5
memory      0     10Gi
pods        0     10


Name:       pods-medium
Namespace:  default
Resource    Used  Hard
--------    ----  ----
cpu         0     10
memory      0     20Gi
pods        0     10

scopeSelector는 operator 필드에서 다음 값을 지원한다.

  • In
  • NotIn
  • Exist
  • DoesNotExist

요청과 제한의 비교

컴퓨트 리소스를 할당할 때 각 컨테이너는 CPU 또는 메모리에 대한 요청과 제한값을 지정할 수 있다. 쿼터는 값에 대한 쿼터를 지정하도록 구성할 수 있다.

쿼터에 requests.cpu나 requests.memory에 지정된 값이 있으면 들어오는 모든 컨테이너가 해당 리소스에 대한 명시적인 요청을 지정해야 한다. 쿼터에 limits.cpu나 limits.memory에 지정된 값이 있으면 들어오는 모든 컨테이너가 해당 리소스에 대한 명시적인 제한을 지정해야 한다.

쿼터 보기 및 설정

Kubectl은 쿼터 생성, 업데이트 및 보기를 지원한다.

kubectl create namespace myspace

cat <<EOF > compute-resources.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-resources
spec:
  hard:
    requests.cpu: "1"
    requests.memory: 1Gi
    limits.cpu: "2"
    limits.memory: 2Gi
    requests.nvidia.com/gpu: 4
EOF

kubectl create -f ./compute-resources.yaml --namespace=myspace

cat <<EOF > object-counts.yaml
apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: object-counts
spec:
  hard:
    configmaps: "10"
    persistentvolumeclaims: "4"
    pods: "4"
    replicationcontrollers: "20"
    secrets: "10"
    services: "10"
    services.loadbalancers: "2"
EOF

kubectl create -f ./object-counts.yaml --namespace=myspace

kubectl get quota --namespace=myspace

NAME                    AGE
compute-resources       30s
object-counts           32s

kubectl describe quota compute-resources --namespace=myspace

Name:                    compute-resources
Namespace:               myspace
Resource                 Used  Hard
--------                 ----  ----
limits.cpu               0     2
limits.memory            0     2Gi
requests.cpu             0     1
requests.memory          0     1Gi
requests.nvidia.com/gpu  0     4

kubectl describe quota object-counts --namespace=myspace

Name:                   object-counts
Namespace:              myspace
Resource                Used    Hard
--------                ----    ----
configmaps              0       10
persistentvolumeclaims  0       4
pods                    0       4
replicationcontrollers  0       20
secrets                 1       10
services                0       10
services.loadbalancers  0       2

Kubectl은 count/<resource>.<group> 구문을 사용하여 모든 표준 네임스페이스 리소스에 대한 오브젝트 수 쿼터를 지원한다.

kubectl create namespace myspace

kubectl create quota test --hard=count/deployments.extensions=2,count/replicasets.extensions=4,count/pods=3,count/secrets=4 --namespace=myspace

kubectl create deployment nginx --image=nginx --namespace=myspace
kubectl scale deployment nginx --replicas=2 --namespace=myspace

kubectl describe quota --namespace=myspace

Name:                         test
Namespace:                    myspace
Resource                      Used  Hard
--------                      ----  ----
count/deployments.extensions  1     2
count/pods                    2     3
count/replicasets.extensions  1     4
count/secrets                 1     4

쿼터 및 클러스터 용량

ResourceQuotas는 클러스터 용량과 무관하다. 그것들은 절대 단위로 표현된다. 따라서 클러스터에 노드를 추가해도 각 네임스페이스에 더 많은 리소스를 사용할 수 있는 기능이 자동으로 부여되지는 않는다.

가끔 다음과 같은 보다 복잡한 정책이 필요할 수 있다.

  • 여러 팀으로 전체 클러스터 리소스를 비례적으로 나눈다.
  • 각 테넌트가 필요에 따라 리소스 사용량을 늘릴 수 있지만, 실수로 리소스가 고갈되는 것을 막기 위한 충분한 제한이 있다.
  • 하나의 네임스페이스에서 요구를 감지하고 노드를 추가하며 쿼터를 늘린다.

이러한 정책은 쿼터 사용을 감시하고 다른 신호에 따라 각 네임스페이스의 쿼터 하드 제한을 조정하는 "컨트롤러"를 작성하여 ResourceQuotas를 구성 요소로 사용하여 구현할 수 있다.

리소스 쿼터는 통합된 클러스터 리소스를 분할하지만 노드에 대한 제한은 없다. 여러 네임스페이스의 파드가 동일한 노드에서 실행될 수 있다.

기본적으로 우선 순위 클래스 소비 제한

파드가 특정 우선 순위, 예를 들어 일치하는 쿼터 오브젝트가 존재하는 경우에만 "cluster-services"가 네임스페이스에 허용되어야 힌다.

이 메커니즘을 통해 운영자는 특정 우선 순위가 높은 클래스의 사용을 제한된 수의 네임스페이스로 제한할 수 있으며 모든 네임스페이스가 기본적으로 이러한 우선 순위 클래스를 사용할 수 있는 것은 아니다.

이를 적용하려면 kube-apiserver 플래그 --admission-control-config-file을 사용하여 다음 구성 파일의 경로를 전달해야 한다.

{{< tabs name="example1" >}} {{% tab name="apiserver.config.k8s.io/v1" %}}

apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
kind: AdmissionConfiguration
plugins:
- name: "ResourceQuota"
  configuration:
    apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
    kind: ResourceQuotaConfiguration
    limitedResources:
    - resource: pods
      matchScopes:
      - scopeName: PriorityClass
        operator: In
        values: ["cluster-services"]

{{% /tab %}} {{% tab name="apiserver.k8s.io/v1alpha1" %}}

# Deprecated in v1.17 in favor of apiserver.config.k8s.io/v1
apiVersion: apiserver.k8s.io/v1alpha1
kind: AdmissionConfiguration
plugins:
- name: "ResourceQuota"
  configuration:
    # Deprecated in v1.17 in favor of apiserver.config.k8s.io/v1, ResourceQuotaConfiguration
    apiVersion: resourcequota.admission.k8s.io/v1beta1
    kind: Configuration
    limitedResources:
    - resource: pods
      matchScopes:
      - scopeName: PriorityClass
        operator: In
        values: ["cluster-services"]

{{% /tab %}} {{< /tabs >}}

이제 "cluster-services" 파드는 scopeSelector와 일치하는 쿼터 오브젝트가 있는 네임스페이스에서만 허용된다. 예를 들면 다음과 같다.

    scopeSelector:
      matchExpressions:
      - scopeName: PriorityClass
        operator: In
        values: ["cluster-services"]

자세한 내용은 LimitedResources와 우선 순위 클래스에 대한 쿼터 지원 디자인 문서를 참고하길 바란다.

예제

리소스 쿼터를 사용하는 방법에 대한 자세한 예를 참고하길 바란다.

{{% heading "whatsnext" %}}

자세한 내용은 리소스쿼터 디자인 문서를 참고하길 바란다.