📚 课程目录第3章容量规划基础

3. 容量规划基础：资源模型、预留与超卖策略、水位线设计

多租户故障域隔离的底层支撑是精确的容量规划。若资源模型不清晰、超卖策略失控或水位线缺失，节点宕机后的重调度将引发级联过载。本节从资源建模、分配策略与动态阈值三个维度构建容量规划基础。

3.1 四维资源模型：CPU / 内存 / 磁盘 / 网络

每个物理节点或虚拟机需抽象为四维资源向量。租户的容器/Pod 请求（request）与限制（limit）均基于此模型进行调度决策。

资源维度	可压缩性	隔离粒度	关键指标	常见超卖风险
CPU	可压缩	核（core） / 毫核（mCPU）	使用率、节流（throttling）	CPU 竞争导致延迟抖动
内存	不可压缩	字节（MiB / GiB）	RSS、OOM 事件	OOM Killer 杀进程
磁盘	不可压缩（空间）	字节 / IOPS / 吞吐	inode 使用率、延迟	磁盘写满 → 节点 NotReady
网络	可压缩（带宽）	bps / pps / 连接数	丢包率、重传率	带宽抢占 → 租户间干扰

容量规划第一原则：不可压缩资源（内存、磁盘）必须严格按 request 预留，不可超卖；可压缩资源（CPU、网络带宽）可适度超卖，但需设置硬性上限（limit）防止单租户饿死其他租户。

3.2 预留与超卖策略

资源分配策略直接影响集群利用率与故障隔离能力。核心公式如下：

节点可调度资源 = 节点总容量 - 系统预留 - kubelet 预留 - 已分配 request
超卖比 = 节点所有 Pod limit 之和 / 节点总容量
安全超卖阈值 = 节点总容量 × 超卖系数（通常 1.2 ~ 1.8）

三种主流策略对比：

策略	描述	适用场景	故障隔离影响
静态预留	为系统组件、DaemonSet 预留固定资源	控制面节点、数据库节点	强隔离，但利用率低
动态超卖	基于历史使用率动态调整超卖比	在线业务与离线混部	需配合弹性限流，否则隔离弱
QoS 分级超卖	Guaranteed / Burstable / BestEffort 三级	多租户共享集群	高优先级租户获得强隔离

超卖陷阱：当超卖比 > 2.0 且节点宕机时，重调度器可能将大量 Pod 挤入剩余节点，导致内存 OOM 或磁盘 IO 打满，引发二次故障。建议生产环境超卖比控制在 1.5 以内，并配合 PodDisruptionBudget 与弹性伸缩。

3.3 水位线设计：从触发到回填

水位线（Watermark）是容量规划的可执行层。通过多级水位线驱动自动扩缩容、重调度与告警。

  四段水位线模型：

  低水位（Low Watermark, LWM）： 节点资源使用率 < 40%。允许缩容或合并负载。
安全水位（Safe Watermark, SWM）： 40% ~ 70%。正常调度区间，无需干预。
高水位（High Watermark, HWM）： 70% ~ 85%。触发预扩容或 Pod 驱逐。
紧急水位（Critical Watermark, CWM）： > 85%。立即触发节点级重调度与告警。

3.4 多租户场景下的水位线联动

当节点水位线触发高水位或紧急水位时，容量规划引擎需联动租户重调度策略：

识别过载租户：按租户维度聚合资源使用率，找出 Top-N 资源消耗者。
计算可驱逐优先级：基于租户 QoS 等级、PodDisruptionBudget、运行时长排序。
执行平滑驱逐：先驱逐 BestEffort 租户，再驱逐 Burstable 租户，最后考虑 Guaranteed 租户。
目标节点校验：确保目标节点接收后水位不超过安全水位（SWM）。

3.5 容量规划最佳实践清单

预留基线化：为系统组件（kubelet、操作系统、监控 Agent）预留 5% ~ 10% 资源，避免被租户抢占。
超卖可观测：每个节点暴露当前超卖比、实际使用率、节流率三个指标，用于容量审计。
水位线差异化：不同租户等级使用不同水位线阈值。例如：金级租户节点 HWM=75%，银级租户节点 HWM=85%。
反亲和性约束：同一租户的多个副本尽量分散到不同故障域，避免单节点水位线过高。
定期压力测试：每季度执行一次节点故障模拟，验证水位线触发后的重调度是否导致其他节点越线。

  容量规划核心公式回顾：

  节点安全容量 = min( 总容量 × 超卖系数, 总容量 - 系统预留 - 不可压缩资源超卖上限 )

  重调度触发条件 = 任意资源维度水位 > HWM 且持续超过 30 秒