在 Kubernetes 集群中使用 sysctl

特性状态： Kubernetes v1.21 [stable]

本文档介绍如何通过 sysctl 接口在 Kubernetes 集群中配置和使用内核参数。

说明：

从 Kubernetes 1.23 版本开始，kubelet 支持使用 / 或 . 作为 sysctl 参数的分隔符。 从 Kubernetes 1.25 版本开始，支持为 Pod 设置 sysctl 时使用设置名字带有斜线的 sysctl。 例如，你可以使用点或者斜线作为分隔符表示相同的 sysctl 参数，以点作为分隔符表示为： kernel.shm_rmid_forced， 或者以斜线作为分隔符表示为：kernel/shm_rmid_forced。 更多 sysctl 参数转换方法详情请参考 Linux man-pages sysctl.d(5)。

准备开始

说明：

sysctl 是一个 Linux 特有的命令行工具，用于配置各种内核参数， 它在非 Linux 操作系统上无法使用。

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 建议在至少有两个节点的集群上运行本教程，且这些节点不作为控制平面主机。 如果你还没有集群，你可以通过 Minikube 构建一个你自己的集群，或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建：

对一些步骤，你需要能够重新配置在你的集群里运行的 kubelet 命令行的选项。

获取 Sysctl 的参数列表

在 Linux 中，管理员可以通过 sysctl 接口修改内核运行时的参数。在 /proc/sys/ 虚拟文件系统下存放许多内核参数。这些参数涉及了多个内核子系统，如：

  • 内核子系统（通常前缀为: kernel.）
  • 网络子系统（通常前缀为: net.）
  • 虚拟内存子系统（通常前缀为: vm.）
  • MDADM 子系统（通常前缀为: dev.）
  • 更多子系统请参见内核文档。

若要获取完整的参数列表，请执行以下命令：

  1. sudo sysctl -a

安全和非安全的 Sysctl 参数

Kubernetes 将 sysctl 参数分为 安全 和 非安全的。 安全 的 sysctl 参数除了需要设置恰当的命名空间外，在同一节点上的不同 Pod 之间也必须是 相互隔离的。这意味着 Pod 上设置 安全的 sysctl 参数时：

  • 必须不能影响到节点上的其他 Pod
  • 必须不能损害节点的健康
  • 必须不允许使用超出 Pod 的资源限制的 CPU 或内存资源。

至今为止，大多数 有命名空间的 sysctl 参数不一定被认为是 安全 的。 以下几种 sysctl 参数是 安全的：

  • kernel.shm_rmid_forced,
  • net.ipv4.ip_local_port_range,
  • net.ipv4.tcp_syncookies,
  • net.ipv4.ping_group_range（从 Kubernetes 1.18 开始）,
  • net.ipv4.ip_unprivileged_port_start（从 Kubernetes 1.22 开始）。

说明：

示例中的 net.ipv4.tcp_syncookies 在 Linux 内核 4.4 或更低的版本中是无命名空间的。

在未来的 Kubernetes 版本中，若 kubelet 支持更好的隔离机制， 则上述列表中将会列出更多 安全的 sysctl 参数。

启用非安全的 Sysctl 参数

所有 安全的 sysctl 参数都默认启用。

所有 非安全的 sysctl 参数都默认禁用，且必须由集群管理员在每个节点上手动开启。 那些设置了不安全 sysctl 参数的 Pod 仍会被调度，但无法正常启动。

参考上述警告，集群管理员只有在一些非常特殊的情况下（如：高可用或实时应用调整）， 才可以启用特定的 非安全的 sysctl 参数。 如需启用 非安全的 sysctl 参数，请你在每个节点上分别设置 kubelet 命令行参数，例如：

  1. kubelet --allowed-unsafe-sysctls \
  2.   'kernel.msg*,net.core.somaxconn' ...

如果你使用 Minikube，可以通过 extra-config 参数来配置：

  1. minikube start --extra-config="kubelet.allowed-unsafe-sysctls=kernel.msg*,net.core.somaxconn"...

只有 有命名空间的 sysctl 参数可以通过该方式启用。

设置 Pod 的 Sysctl 参数

目前，在 Linux 内核中，有许多的 sysctl 参数都是 有命名空间的。 这就意味着可以为节点上的每个 Pod 分别去设置它们的 sysctl 参数。 在 Kubernetes 中，只有那些有命名空间的 sysctl 参数可以通过 Pod 的 securityContext 对其进行配置。

以下列出有命名空间的 sysctl 参数，在未来的 Linux 内核版本中，此列表可能会发生变化。

  • kernel.shm*,
  • kernel.msg*,
  • kernel.sem,

  • fs.mqueue.*,

  • net.*（内核中可以在容器命名空间里被更改的网络配置项相关参数）。然而也有一些特例 （例如，在 Linux 5.12.2 前，net.netfilter.nf_conntrack_max 和 net.netfilter.nf_conntrack_expect_max 可以在容器命名空间里被更改，但它们是非命名空间的）。

没有命名空间的 sysctl 参数称为 节点级别的 sysctl 参数。 如果需要对其进行设置，则必须在每个节点的操作系统上手动地去配置它们， 或者通过在 DaemonSet 中运行特权模式容器来配置。

可使用 Pod 的 securityContext 来配置有命名空间的 sysctl 参数， securityContext 应用于同一个 Pod 中的所有容器。

此示例中，使用 Pod SecurityContext 来对一个安全的 sysctl 参数 kernel.shm_rmid_forced 以及两个非安全的 sysctl 参数 net.core.somaxconn 和 kernel.msgmax 进行设置。 在 Pod 规约中对 安全的 和 非安全的 sysctl 参数不做区分。

警告：

为了避免破坏操作系统的稳定性，请你在了解变更后果之后再修改 sysctl 参数。

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Pod
  3. metadata:
  4.   name: sysctl-example
  5. spec:
  6.   securityContext:
  7.     sysctls:
  8.     - name: kernel.shm_rmid_forced
  9.       value: "0"
  10.     - name: net.core.somaxconn
  11.       value: "1024"
  12.     - name: kernel.msgmax
  13.       value: "65536"
  14.   ...

警告：

由于 非安全的 sysctl 参数其本身具有不稳定性，在使用 非安全的 sysctl 参数时可能会导致一些严重问题， 如容器的错误行为、机器资源不足或节点被完全破坏，用户需自行承担风险。

最佳实践方案是将集群中具有特殊 sysctl 设置的节点视为 有污点的，并且只调度需要使用到特殊 sysctl 设置的 Pod 到这些节点上。建议使用 Kubernetes 的污点和容忍度特性 来实现它。

设置了 非安全的 sysctl 参数的 Pod 在禁用了这两种 非安全的 sysctl 参数配置的节点上启动都会失败。 与 节点级别的 sysctl 一样， 建议开启污点和容忍度特性或 为节点配置污点以便将 Pod 调度到正确的节点之上。