리소스 쿼터

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 네임스페이스의 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 리소스쿼터를 생성한다.

• 사용자는 네임스페이스에서 리소스(파드, 서비스 등)를 생성하고 쿼터 시스템은 사용량을 추적하여 리소스쿼터에 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.

리소스쿼터 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 리소스쿼터가 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.

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.

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.

오브젝트 수 쿼터

다음 구문을 사용하여 모든 표준 네임스페이스 처리된(namespaced) 리소스 유형에 대한 특정 리소스 전체 수에 대하여 쿼터를 지정할 수 있다.

• 코어 그룹이 아닌(non-core) 리소스를 위한 count/<resource>.<group>
• 코어 그룹의 리소스를 위한 count/<resource>

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

사용자 정의 리소스를 위해 동일한 구문을 사용할 수 있다. 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. 잘못 구성된 크론 잡으로부터의 보호를 위해 잡의 쿼터를 설정할 수 있다. 네임스페이스 내에서 너무 많은 잡을 생성하는 크론 잡은 서비스 거부를 유발할 수 있다.

또한 제한된 리소스 셋에 대해서 일반 오브젝트 수(generic object count) 쿼터를 적용하는 것도 가능하다. 다음 유형이 지원된다.

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 scopes 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.

BestEffort 범위는 다음의 리소스를 추적하도록 쿼터를 제한한다.

• pods

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

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

Terminating 과 NotTerminating 범위를 동일한 쿼터 내에 모두 명시하지는 못하며, 마찬가지로 BestEffort 와 NotBestEffort 범위도 동일한 쿼터 내에서 모두 명시하지는 못한다.

scopeSelector 는 operator 필드에 다음의 값을 지원한다.

• In
• NotIn
• Exists
• DoesNotExist

scopeSelector 를 정의할 때, scopeName 으로 다음의 값 중 하나를 사용하는 경우, operator 는 Exists 이어야 한다.

• Terminating
• NotTerminating
• BestEffort
• NotBestEffort

만약 operator 가 In 또는 NotIn 인 경우, values 필드는 적어도 하나의 값은 가져야 한다. 예를 들면 다음과 같다.

  scopeSelector:
    matchExpressions:
      - scopeName: PriorityClass
        operator: In
        values:
          - middle

만약 operator 가 Exists 또는 DoesNotExist 이라면, values 필드는 명시되면 안된다.

PriorityClass별 리소스 쿼터

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.

scopeSelector 필드를 사용하여 우선 순위 클래스의 쿼터 범위를 지정하면, 쿼터 오브젝트는 다음의 리소스만 추적하도록 제한된다.

• pods
• cpu
• memory
• ephemeral-storage
• limits.cpu
• limits.memory
• limits.ephemeral-storage
• requests.cpu
• requests.memory
• requests.ephemeral-storage

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

네임스페이스 간 파드 어피니티 쿼터

오퍼레이터는 네임스페이스를 교차하는 어피니티가 있는 파드를 가질 수 있는 네임스페이스를 제한하기 위해 CrossNamespacePodAffinity 쿼터 범위를 사용할 수 있다. 특히, 파드 어피니티 용어의 namespaces 또는 namespaceSelector 필드를 설정할 수 있는 파드를 제어한다.

안티-어피니티 제약 조건이 있는 파드는 장애 도메인에서 다른 모든 네임스페이스의 파드가 예약되지 않도록 차단할 수 있으므로 사용자가 네임스페이스 간 어피니티 용어를 사용하지 못하도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

이 범위 오퍼레이터를 사용하면 CrossNamespaceAffinity 범위와 하드(hard) 제한이 0인 네임스페이스에 리소스 쿼터 오브젝트를 생성하여 특정 네임스페이스(아래 예에서 foo-ns)가 네임스페이스 간 파드 어피니티를 사용하는 파드를 사용하지 못하도록 방지할 수 있다.

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: disable-cross-namespace-affinity
  namespace: foo-ns
spec:
  hard:
    pods: "0"
  scopeSelector:
    matchExpressions:
    - scopeName: CrossNamespaceAffinity

오퍼레이터가 기본적으로 namespaces 및 namespaceSelector 사용을 허용하지 않고, 특정 네임스페이스에만 허용하려는 경우, kube-apiserver 플래그 --admission-control-config-file를 다음의 구성 파일의 경로로 설정하여 CrossNamespaceAffinity 를 제한된 리소스로 구성할 수 있다.

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: CrossNamespaceAffinity

위의 구성을 사용하면, 파드는 생성된 네임스페이스에 CrossNamespaceAffinity 범위가 있는 리소스 쿼터 오브젝트가 있고, 해당 필드를 사용하는 파드 수보다 크거나 같은 하드 제한이 있는 경우에만 파드 어피니티에서 namespaces 및 namespaceSelector 를 사용할 수 있다.

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.apps=2,count/replicasets.apps=4,count/pods=3,count/secrets=4 --namespace=myspace

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

kubectl describe quota --namespace=myspace

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

쿼터 및 클러스터 용량

리소스쿼터는 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 한다.

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-file 을 사용하여 다음 구성 파일의 경로를 전달해야 한다.

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"]

그리고, kube-system 네임스페이스에 리소스 쿼터 오브젝트를 생성한다.

policy/priority-class-resourcequota.yaml

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: pods-cluster-services
spec:
  scopeSelector:
    matchExpressions:
      - operator : In
        scopeName: PriorityClass
        values: ["cluster-services"]

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/policy/priority-class-resourcequota.yaml -n kube-system

resourcequota/pods-cluster-services created

이 경우, 파드 생성은 다음의 조건을 만족해야 허용될 것이다.

1. 파드의 priorityClassName 가 명시되지 않음.
2. 파드의 priorityClassName 가 cluster-services 이외의 다른 값으로 명시됨.
3. 파드의 priorityClassName 가 cluster-services 로 설정되고, 파드가 kube-system 네임스페이스에 생성되었으며 리소스 쿼터 검증을 통과함.

파드 생성 요청은 priorityClassName 가 cluster-services 로 명시되고 kube-system 이외의 다른 네임스페이스에 생성되는 경우, 거절된다.

다음 내용

• 자세한 내용은 리소스쿼터 디자인 문서를 참고한다.
• 리소스 쿼터를 사용하는 방법에 대한 자세한 예를 참고한다.
• 우선 순위 클래스에 대한 쿼터 지원 디자인 문서를 읽는다.
• 제한된 자원을 참고한다.