Kubernetes中如何利用LXCFS提升容器資源可見性

這篇文章將為大家詳細講解有關Kubernetes中如何利用LXCFS提升容器資源可見性，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

下面將介紹在Docker和Kubernetes環境中解決遺留應用無法識別容器資源限制的問題。

Linuxs利用Cgroup實現了對容器的資源限制，但在容器內部依然缺省掛載了宿主機上的procfs的/proc目錄，其包含如：meminfo, cpuinfo，stat， uptime等資源信息。一些監控工具如free/top或遺留應用還依賴上述文件內容獲取資源配置和使用情況。當它們在容器中運行時，就會把宿主機的資源狀態讀取出來，引起錯誤和不便。

LXCFS簡介

社區中常見的做法是利用 lxcfs來提供容器中的資源可見性。lxcfs 是一個開源的FUSE（用戶態文件系統）實現來支持LXC容器，它也可以支持Docker容器。

LXCFS通過用戶態文件系統，在容器中提供下列 procfs 的文件。

/proc/cpuinfo
/proc/diskstats
/proc/meminfo
/proc/stat
/proc/swaps
/proc/uptime

LXCFS的示意圖如下

比如，把宿主機的 /var/lib/lxcfs/proc/memoinfo 文件掛載到Docker容器的/proc/meminfo位置后。容器中進程讀取相應文件內容時，LXCFS的FUSE實現會從容器對應的Cgroup中讀取正確的內存限制。從而使得應用獲得正確的資源約束設定。

Docker環境下LXCFS使用

注：

• 本文采用CentOS 7.4作為測試環境，并已經開啟FUSE模塊支持。

• Docker for Mac/Minikube等開發環境由于采用高度剪裁過的操作系統，無法支持FUSE，并運行LXCFS進行測試。

安裝 lxcfs 的RPM包

wget https://copr-be.cloud.fedoraproject.org/results/ganto/lxd/epel-7-x86_64/00486278-lxcfs/lxcfs-2.0.5-3.el7.centos.x86_64.rpm
yum install lxcfs-2.0.5-3.el7.centos.x86_64.rpm

啟動 lxcfs

lxcfs /var/lib/lxcfs &

測試

$docker run -it -m 256m \
      -v /var/lib/lxcfs/proc/cpuinfo:/proc/cpuinfo:rw \
      -v /var/lib/lxcfs/proc/diskstats:/proc/diskstats:rw \
      -v /var/lib/lxcfs/proc/meminfo:/proc/meminfo:rw \
      -v /var/lib/lxcfs/proc/stat:/proc/stat:rw \
      -v /var/lib/lxcfs/proc/swaps:/proc/swaps:rw \
      -v /var/lib/lxcfs/proc/uptime:/proc/uptime:rw \
      ubuntu:16.04 /bin/bash
      
root@f4a2a01e61cd:/# free
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:         262144         708      261436        2364           0      261436
Swap:             0           0           0

我們可以看到total的內存為256MB，配置已經生效。

lxcfs 的 Kubernetes實踐

一些同學問過如何在Kubernetes集群環境中使用lxcfs，我們將給大家一個示例方法供參考。

首先我們要在集群節點上安裝并啟動lxcfs，我們將用Kubernetes的方式，用利用容器和DaemonSet方式來運行 lxcfs FUSE文件系統。

本文所有示例代碼可以通過以下地址從Github上獲得

git clone https://github.com/denverdino/lxcfs-initializer
cd lxcfs-initializer

其manifest文件如下

apiVersion: apps/v1beta2
kind: DaemonSet
metadata:
  name: lxcfs
  labels:
    app: lxcfs
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: lxcfs
  template:
    metadata:
      labels:
        app: lxcfs
    spec:
      hostPID: true
      tolerations:
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: lxcfs
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/denverdino/lxcfs:2.0.8
        imagePullPolicy: Always
        securityContext:
          privileged: true
        volumeMounts:
        - name: rootfs
          mountPath: /host
      volumes:
      - name: rootfs
        hostPath:
          path: /

注： 由于 lxcfs FUSE需要共享系統的PID名空間以及需要特權模式，所有我們配置了相應的容器啟動參數。

可以通過如下命令在所有集群節點上自動安裝、部署完成 lxcfs，是不是很簡單？:-)

kubectl create -f lxcfs-daemonset.yaml

那么如何在Kubernetes中使用 lxcfs 呢？和上文一樣，我們可以在Pod的定義中添加對 /proc 下面文件的 volume（文件卷）和對 volumeMounts（文件卷掛載）定義。然而這就讓K8S的應用部署文件變得比較復雜，有沒有辦法讓系統自動完成相應文件的掛載呢？

Kubernetes提供了 Initializer 擴展機制，可以用于對資源創建進行攔截和注入處理，我們可以借助它優雅地完成對lxcfs文件的自動化掛載。

注： 阿里云Kubernetes集群，已經默認開啟了對 Initializer 的支持，如果是在自建集群上進行測試請參見文檔開啟相應功能

其 manifest 文件如下

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: lxcfs-initializer-default
  namespace: default
rules:
- apiGroups: ["*"]
  resources: ["deployments"]
  verbs: ["initialize", "patch", "watch", "list"]
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: lxcfs-initializer-service-account
  namespace: default
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: lxcfs-initializer-role-binding
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: lxcfs-initializer-service-account
  namespace: default
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: lxcfs-initializer-default
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
apiVersion: apps/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  initializers:
    pending: []
  labels:
    app: lxcfs-initializer
  name: lxcfs-initializer
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: lxcfs-initializer
      name: lxcfs-initializer
    spec:
      serviceAccountName: lxcfs-initializer-service-account
      containers:
        - name: lxcfs-initializer
          image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/denverdino/lxcfs-initializer:0.0.2
          imagePullPolicy: Always
          args:
            - "-annotation=initializer.kubernetes.io/lxcfs"
            - "-require-annotation=true"
---
apiVersion: admissionregistration.k8s.io/v1alpha1
kind: InitializerConfiguration
metadata:
  name: lxcfs.initializer
initializers:
  - name: lxcfs.initializer.kubernetes.io
    rules:
      - apiGroups:
          - "*"
        apiVersions:
          - "*"
        resources:
          - deployments

注： 這是一個典型的 Initializer 部署描述，首先我們創建了service account lxcfs-initializer-service-account，并對其授權了 "deployments" 資源的查找、更改等權限。然后我們部署了一個名為 "lxcfs-initializer" 的Initializer，利用上述SA啟動一個容器來處理對 "deployments" 資源的創建，如果deployment中包含 initializer.kubernetes.io/lxcfs為true的注釋，就會對該應用中容器進行文件掛載

我們可以執行如下命令，部署完成之后就可以愉快地玩耍了

kubectl apply -f lxcfs-initializer.yaml

下面我們部署一個簡單的Apache應用，為其分配256MB內存，并且聲明了如下注釋 "initializer.kubernetes.io/lxcfs": "true"

其manifest文件如下

apiVersion: apps/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  annotations:
    "initializer.kubernetes.io/lxcfs": "true"
  labels:
    app: web
  name: web
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
      name: web
    spec:
      containers:
        - name: web
          image: httpd:2
          imagePullPolicy: Always
          resources:
            requests:
              memory: "256Mi"
              cpu: "500m"
            limits:
              memory: "256Mi"
              cpu: "500m"

我們可以用如下方式進行部署和測試

$ kubectl create -f web.yaml 
deployment "web" created

$ kubectl get pod
NAME                                 READY     STATUS    RESTARTS   AGE
web-7f6bc6797c-rb9sk                 1/1       Running   0          32s
$ kubectl exec web-7f6bc6797c-rb9sk free
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:        262144       2876     259268       2292          0        304
-/+ buffers/cache:       2572     259572
Swap:            0          0          0

我們可以看到 free 命令返回的 total memory 就是我們設置的容器資源容量。

我們可以檢查上述Pod的配置，果然相關的 procfs 文件都已經掛載正確

$ kubectl describe pod web-7f6bc6797c-rb9sk
...
    Mounts:
      /proc/cpuinfo from lxcfs-proc-cpuinfo (rw)
      /proc/diskstats from lxcfs-proc-diskstats (rw)
      /proc/meminfo from lxcfs-proc-meminfo (rw)
      /proc/stat from lxcfs-proc-stat (rw)
...

關于Kubernetes中如何利用LXCFS提升容器資源可見性就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。