K8S性能优化(一)-集群调优

1 sysctl参数

1.1 参数调优实践

# Kubernetes Settings
vm.max_map_count = 262144
kernel.softlockup_panic = 1
kernel.softlockup_all_cpu_backtrace = 1
net.ipv4.ip_local_reserved_ports = 30000-32767

# Increase the number of connections
net.core.somaxconn = 32768

# Maximum Socket Receive Buffer
net.core.rmem_max = 16777216

# Maximum Socket Send Buffer
net.core.wmem_max = 16777216

# Increase the maximum total buffer-space allocatable
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216

# Increase the number of outstanding syn requests allowed
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8096

# For persistent HTTP connections
net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle = 0

# Allow to reuse TIME_WAIT sockets for new connections
# when it is safe from protocol viewpoint
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

# Max number of packets that can be queued on interface input
# If kernel is receiving packets faster than can be processed
# this queue increases
net.core.netdev_max_backlog = 16384

# Increase size of file handles and inode cache
fs.file-max = 2097152

# Max number of inotify instances and watches for a user
# Since dockerd runs as a single user, the default instances value of 128 per user is too low
# e.g. uses of inotify: nginx ingress controller, kubectl logs -f
fs.inotify.max_user_instances = 8192
fs.inotify.max_user_watches = 524288

# Additional sysctl flags that kubelet expects
vm.overcommit_memory = 1
kernel.panic = 10
kernel.panic_on_oops = 1

# Prevent docker from changing iptables: https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues/40182
net.ipv4.ip_forward=1

如果是 AWS，额外增加如下：

# AWS settings
# Issue #23395
net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1=0

如果启用了 IPv6，额外增加如下：

# Enable IPv6 forwarding for network plugins that don't do it themselves
net.ipv6.conf.all.forwarding=1

1.2 参数解释

分类内核参数说明参考链接Kubernetes

vm.max_map_count = 262144

限制一个进程可以拥有的VMA(虚拟内存区域)的数量，
一个更大的值对于 elasticsearch、mongo 或其他 mmap 用户来说非常有用ES ConfigurationKubernetes

kernel.softlockup_panic = 1

用于解决 K8S 内核软锁相关 bugroot cause kernel soft lockups · Issue #37853 · kubernetes/kubernetes (github.com)Kubernetes

kernel.softlockup_all_cpu_backtrace = 1

用于解决 K8S 内核软锁相关 bugroot cause kernel soft lockups · Issue #37853 · kubernetes/kubernetes (github.com)Kubernetes

net.ipv4.ip_local_reserved_ports = 30000-32767

默认 K8S Nodport 端口service-node-port-range and ip_local_port_range collision · Issue #6342 · kubernetes/kops (github.com)网络

net.core.somaxconn = 32768

表示socket监听（listen）的backlog上限。什么是backlog？backlog就是socket的监听队列，当一个请求（request）尚未被处理或建立时，他会进入backlog。
增加连接数.Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.core.rmem_max = 16777216

接收套接字缓冲区大小的最大值(以字节为单位)。
最大化 Socket Receive BufferImage: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.core.wmem_max = 16777216

发送套接字缓冲区大小的最大值(以字节为单位)。
最大化 Socket Send BufferImage: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络net.ipv4.tcp_wmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216增加总的可分配的 buffer 空间的最大值Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8096

表示那些尚未收到客户端确认信息的连接（SYN消息）队列的长度，默认为1024
增加未完成的syn请求的数量Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle = 0

持久化 HTTP 连接Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

表示允许重用TIME_WAIT状态的套接字用于新的TCP连接,默认为0，表示关闭。
允许在协议安全的情况下重用TIME_WAIT 套接字用于新的连接Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.core.netdev_max_backlog = 16384

当网卡接收数据包的速度大于内核处理的速度时，会有一个队列保存这些数据包。这个参数表示该队列的最大值
如果内核接收数据包的速度超过了可以处理的速度，这个队列就会增加Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)文件系统

fs.file-max = 2097152

该参数决定了系统中所允许的文件句柄最大数目，文件句柄设置代表linux系统中可以打开的文件的数量。
增加文件句柄和inode缓存的大小Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)文件系统fs.inotify.max_user_instances = 8192
fs.inotify.max_user_watches = 524288一个用户的inotify实例和watch的最大数量
由于dockerd作为单个用户运行，每个用户的默认实例值128太低了
例如使用inotify: nginx ingress controller, kubectl logs -fImage: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)kubelet

vm.overcommit_memory = 1

对内存分配的一种策略
=1， 表示内核允许分配所有的物理内存，而不管当前的内存状态如何Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)kubelet

kernel.panic = 10

panic错误中自动重启，等待时间为10秒Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)kubelet

kernel.panic_on_oops = 1

在Oops发生时会进行panic()操作Image: We should tweak our sysctls · Issue #261 · kubernetes-retired/kube-deploy (github.com)网络

net.ipv4.ip_forward=1

启用ip转发
另外也防止docker改变iptablesUpgrading docker 1.13 on nodes causes outbound container traffic to stop working · Issue #40182 · kubernetes/kubernetes (github.com)网络

net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1=0

修复 AWS

arp_cache: neighbor table overflow!

报错arp_cache: neighbor table overflow! · Issue #4533 · kubernetes/kops (github.com)

2 K8s Node参数调优

2.1 核心参数

控制可以为 K8S Node 调度的最大 pod 数量的两个参数:

• podsPerCore
• maxPods

当两个参数都被设置时，其中较小的值限制了节点上的 pod 数量。超过这些值可导致：

• CPU 使用率增加。
• 减慢 pod 调度的速度。
• 根据节点中的内存数量，可能出现内存耗尽的问题。
• 耗尽 IP 地址池。
• 资源过量使用，导致用户应用程序性能变差。

在 Kubernetes 中，包含单个容器的 pod 实际使用两个容器。第二个容器用来在实际容器启动前设置联网(pause)。因此，运行 10 个 pod 的系统实际上会运行 20 个容器。

podsPerCore

根据节点中的处理器内核数来设置节点可运行的 pod 数量。例如：在一个有 4 个处理器内核的节点上将

podsPerCore

设为 10 ，则该节点上允许的最大 pod 数量为 40。

kubeletConfig:
  podsPerCore: 10

将

podsPerCore

设置为

0

可禁用这个限制。默认为

0

。

podsPerCore

不能超过

maxPods

。

maxPods

把节点可以运行的 pod 数量设置为一个固定值，而不需要考虑节点的属性。

 kubeletConfig:
    maxPods: 250

3 K8s ApiServer调优

kube-apiserver 推荐优化的参数如下：

• --default-watch-cache-size：默认值 100；用于 List-Watch 的缓存池；建议 1000 或更多；
• --delete-collection-workers：默认值 1；用于提升 namesapce 清理速度，有利于多租户场景；建议 10；
• --event-ttl: 默认值 1h0m0s；用于控制保留 events 的时长；集群 events 较多时建议 30m，以避免 etcd 增长过快；
• --max-mutating-requests-inflight: 默认值 200；用于 write 请求的访问频率限制；建议 800 或更高；
• --max-requests-inflight: 默认值 400；用于 read 请求的访问频率限制；建议 1600 或更高；
• --watch-cache-sizes: 系统根据环境启发式的设定；用于 pods/nodes/endpoints 等核心资源，其他资源参考 default-watch-cache-size 的设定； K8s v1.19 开始，该参数为动态设定，建议使用该版本。

4 大型集群 CIDR 配置最佳实践

4.1 CIDR 配置

在安装大型集群或将现有的集群扩展到较大规模时，在安装集群设置集群网络 cidr 时，如果集群的节点数超过 500 个，则可能无法使用常用的集群网络 cidr

/14

（这里假设的是一个 Node 的 hostPrefix 是

/23

，那么理论上机器超过 512 台，集群网络 IP 就不够用了）。在这种情况下，必须将其设置为

/12

或

/10

，以支持超过 500 个节点的环境。

4.2 详细说明

前提：Overlay 网络

1. 假定 1 个 Node 上 hostPrefix 是 /24，那么这台机器理论上有 254 个 pod IP。 1. 集群网络 cidr 是 /21, 理论上集群最多 8 台机器；2. 集群网络 cidr 是 /20, 16 台；3. …4. /18, 64 台；5. /17, 128 台；6. /16, 256 台；7. /15, 512 台；
2. 假定 1 个 Node 上 hostPrefix 是 /23，那么这台机器理论上有 510 个 pod IP。 1. 集群网络 cidr 是 /20, 理论上集群最多 8 台机器；2. 集群网络 cidr 是 /19, 16 台；3. …4. /17, 64 台；5. /16, 128 台；6. /15, 256 台；7. /14, 512 台；（出于谨慎，如果集群规模超过 500 台，建议将其设置为 /12 或 /10）。