3. 资源管理与调度：资源请求与限制、QoS 等级、资源配额管理

在 Kubernetes 集群中，资源管理与调度是保障应用稳定性与集群利用率的核心机制。本章围绕三个关键维度展开：资源请求与限制（Requests & Limits）、服务质量等级（QoS Classes）以及资源配额管理（ResourceQuota & LimitRange）。理解这三者的协同关系，是进行调度优化与窗口数据传输控制的基础。

3.1 资源请求与限制

每个 Pod 中的容器都可以声明两类资源参数：

• Requests（请求）：容器启动时保证获得的最小资源量，调度器依据此值选择满足条件的节点。
• Limits（限制）：容器运行时允许使用的资源上限，防止单个容器过度占用宿主机资源。

Kubernetes 主要管理两种可压缩资源（CPU）和一种不可压缩资源（内存）：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: resource-demo
spec:
  containers:
  - name: app
    image: nginx
    resources:
      requests:
        memory: "256Mi"
        cpu: "500m"
      limits:
        memory: "512Mi"
        cpu: "1000m"

3.2 服务质量等级（QoS Classes）

Kubernetes 根据 Pod 中所有容器的 Requests 与 Limits 配置，自动为每个 Pod 分配一个 QoS 等级。该等级决定了节点资源紧张时 Pod 被驱逐的优先级。

3.3 资源配额管理

资源配额（ResourceQuota）与限制范围（LimitRange）是 Kubernetes 提供的多租户资源管控手段，确保命名空间级别的资源公平使用。

3.3.1 ResourceQuota

ResourceQuota 为命名空间设置聚合资源上限，包括 CPU、内存、存储卷数量、PVC 数量、Service 数量等。当命名空间内所有 Pod 的资源总和超过配额时，新的 Pod 创建将被拒绝。

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: compute-quota
  namespace: team-a
spec:
  hard:
    requests.cpu: "4"
    requests.memory: "8Gi"
    limits.cpu: "8"
    limits.memory: "16Gi"
    persistentvolumeclaims: "10"
    pods: "50"

3.3.2 LimitRange

LimitRange 在命名空间级别设置默认的 Requests/Limits 值以及最小/最大约束，确保未显式设置资源声明的 Pod 不会意外获得无限资源。

apiVersion: v1
kind: LimitRange
metadata:
  name: mem-limit-range
  namespace: team-a
spec:
  limits:
  - max:
      memory: "1Gi"
    min:
      memory: "128Mi"
    default:
      memory: "512Mi"
    defaultRequest:
      memory: "256Mi"
    type: Container

3.4 调度器视角的资源决策流程

Kubernetes 调度器（kube-scheduler）在调度 Pod 时，会依次执行以下资源相关步骤：

1. 节点过滤（Predicates）：检查节点剩余可分配资源是否满足 Pod 的 Requests 总和。
2. 节点打分（Priorities）：根据资源利用率、QoS 等级等指标对候选节点排序。
3. 资源预留：调度成功后，节点上的资源预留量增加，直到 Pod 实际运行。
4. QoS 驱逐：节点资源紧张时，kubelet 按 QoS 等级从低到高驱逐 Pod。