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 /. 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_maxnet.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.somaxconnkernel.msgmax 进行设置。 在 Pod 规约中对 安全的非安全的 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为节点配置污点以便将 Pod 调度到正确的节点之上。