k8s中如何使用shared memory

场景：

需要在训练任务的pod内有两个服务，他们之间通过共享内存方式来交换数据，以获取更高的效率

问题：

注意：/dev/shm即为共享内存的大小

在kvm或者物理机器上，用户可以使用的共享内存为：

root@pve:~# df -h
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs                  48G   154M   24G  1% /dev/shm
...
...

但在kubernetes上，Pod里无法使用超过 64MB的shared memory。如下是集群上一个pod的信息，可以看到，/dev/shm的大小是 64MB，通过dd往共享内存写数据时，写到64MB的时候就会报“No space left on device”。

$ kubectl run centos --rm -it --image centos:7 bash
[root@centos-7df8445565-dvpnt /]# df -h|grep shm
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
shm              64M     0   64M   0% /dev/shm
[root@centos-7df8445565-dvpnt /]# dd if=/dev/zero of=/dev/shm/test      bs=1024 count=102400
dd: error writing '/dev/shm/test': No space left on device
65537+0 records in
65536+0 records out
67108864 bytes (67 MB) copied, 0.161447 s, 416 MB/s
[root@centos-7df8445565-dvpnt /]# ls -l -h
total 64M
-rw-r--r-- 1 root root 64M Nov 14 14:33 test
[root@centos-7df8445565-dvpnt /]# df -h|grep shm
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
shm              64M   64M     0 100% /dev/shm

为什么是64M

kubernetes创建的Pod，其共享内存默认64MB，且不可更改。
因为kubernetes本身是没有设置share memory的大小的，64MB其实是docker 默认的共享内存的大小。

docker环境下如何支持更大的shared memory

docker run 的时候，可以通过–shm-size来设置共享内存的大小。

$ docker run  --rm centos:7 df -h |grep shm
shm              64M     0   64M   0% /dev/shm
$ docker run  --rm --shm-size 128M centos:7 df -h |grep shm
shm             128M     0  128M   0% /dev/shm

k8s环境下如何支持更大的shared memory

kubernetes empty dir：

emptyDir volume在一些场景下非常有用，例如在Pod的不同container之间需要共享数据，
可以将同一个emptyDir挂载到两个container中来达到共享的目的。

此时，emtpyDir实际是一个宿主机上的目录，本质上还是磁盘（比如通过sidecar的方式来收集日志）。

kubernetes提供来一种特殊的emptyDir：medium为memory的临时存储。
用户可以将memory介质的emptyDir挂到任何目录，然后将这个目录当作一个高性能的文件系统来使用。

可以将memory介质的empty dir，挂载到 /dev/shm 下，解决共享内存 /dev/shm 不够用的问题

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: xxx
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: xxx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: xxx
    spec:
      containers:
      - args:
        - infinity
        command:
        - sleep
        image: centos:7
        name: centos
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: cache-volume
      volumes:
      - emptyDir:
          medium: Memory
          sizeLimit: 128Mi
        name: cache-volume

k8s环境下使用更大的shared memory可能发生的问题

使用empty dir的缺点：

1、影响kubernetes调度，因为empty dir并不涉及node的resources，
这样会造成Pod“偷偷”使用了node的内存，但是调度器并不知晓；

2、用户不能及时感知到内存不可用

共享内存受cgroup限制吗

由于普通的内存是受cgroup限制的，那么自然会有一个问题：共享内存受cgroup限制吗？

如果受限制，那么只要给Pod设置memroy limit就可以了，至于用户将内存是用于共享内存，
还是用于普通用途，kubernetes层面并不需要台关心：因为共享内存并不是一个“独立”的内存，
只是包含在memory limit里进行调度，因此也不会影响调度。

需要显示设置sizeLimit

kubelet的eviction manager会监控pod的emptyDir卷使用的空间大小，当使用空间超过该值时，会将该Pod驱逐

可以使用sizeLimit的大小

1、当 Pod 并没有设置memory limit时，此时 shm大小为node的Allocateable Memory大小

2、当Pod 设置了memory limit 但未设置sizeLimit时，shm 大小为Pod 的memory Limit

3、当Pod的medium emptyDir设置sizeLimit时，shm大小为sizeLimit

如何防止pod由于使用共享内存而偷用了node的内存，没被调度器发现

pod的memory request中需要把自己要使用内存的和pod挂载的shm大小一起算进来