如何理解Kubernetes中Pod间共享内存

然而，理想很美好，现实很残酷。首先要解决的问题是，有些组件Agent与业务Pod之间是通过共享内存通信的，这跟Kubernetes&微服务的最佳实践背道而驰。

大家都知道，Kubernetes单个Pod内是共享IPC的，并且可以通过挂载Medium为Memory的EmptyDir Volume共享同一块内存Volume。

首先我们来了解一下Linux共享内存的两种机制：

• POSIX共享内存（shm_open()、shm_unlink()）

• System V共享内存（shmget()、shmat()、shmdt()）

其中，System V共享内存历史悠久，一般的UNIX系统上都有这套机制；而POSIX共享内存机制接口更加方便易用，一般是结合内存映射mmap使用。

mmap和System V共享内存的主要区别在于：

• sysv shm是持久化的，除非被一个进程明确的删除，否则它始终存在于内存里，直到系统关机

• mmap映射的内存在不是持久化的，如果进程关闭，映射随即失效，除非事先已经映射到了一个文件上

• /dev/shm 是Linux下sysv共享内存的默认挂载点

POSIX共享内存是基于tmpfs来实现的。实际上，更进一步，不仅PSM(POSIX shared memory)，而且SSM(System V shared memory)在内核也是基于tmpfs实现的。

从这里可以看到tmpfs主要有两个作用：

• 用于SYSV共享内存，还有匿名内存映射；这部分由内核管理，用户不可见

• 用于POSIX共享内存，由用户负责mount，而且一般mount到/dev/shm；依赖于CONFIG_TMPFS

虽然System V与POSIX共享内存都是通过tmpfs实现，但是受的限制却不相同。也就是说 /proc/sys/kernel/shmmax只会影响SYS V共享内存，/dev/shm只会影响Posix共享内存。实际上，System V与Posix共享内存本来就是使用的两个不同的tmpfs实例(instance)。

SYS V共享内存能够使用的内存空间只受/proc/sys/kernel/shmmax限制；而用户通过挂载的/dev/shm，默认为物理内存的1/2。

概括一下：

• POSIX共享内存与SYS V共享内存在内核都是通过tmpfs实现，但对应两个不同的tmpfs实例，相互独立。

• 通过/proc/sys/kernel/shmmax可以限制SYS V共享内存的最大值，通过/dev/shm可以限制POSIX共享内存的最大值(所有之和)。

基础组件Agents DaemonSet部署后，Agents和业务Pod分别在同一个Node上不同的Pod，那么Kubernetes该如何支持这两种类型的共享内存机制呢？

当然，安全性上做出了牺牲，但在非容器化之前IPC的隔离也是没有的，所以这一点是可以接受的。

对于集群中的存量业务，之前都是将Agents与业务打包在同一个docker image，因此需要有灰度上线方案，以保证存量业务不受影响。

• 首先创建好对应的Kubernetes ClusterRole, SA, ClusterRoleBinding, PSP Object。关于PSP 的内容，请参考官方文档介绍pod-security-policy。

• 在集群中任意选择部分Node，给Node打上Label（AgentsDaemonSet:YES）和Taint(AgentsDaemonSet=YES:NoSchedule)。

$ kubectl label node $nodeName AgentsDaemonSet=YES
$ kubectl taint node $nodeName AgentsDaemonSet=YES:NoSchedule

（安卓系统可左右滑动查看全部代码）

• 部署Agent对应的DaemonSet（注意DaemonSet需要加上对应的NodeSelector和Toleration, Critical Pod Annotations), Sample as follows：

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: demo-agent
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: demo-agent
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: demo-agent
  template:
    metadata:
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ""
      labels:
        name: demo-agent
    spec:
      tolerations:
      - key: "AgentsDaemonSet"
        operator: "Equal"
        value: "YES"
        effect: "NoSchedule"
      hostNetwork: true
      hostIPC: true
      nodeSelector:
        AgentsDaemonSet: "YES"
      containers:
      - name: demo-agent
        image: demo_agent:1.0
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: shm
        resources:
          limits:
            cpu: 200m
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
      volumes:
      - name: shm
        hostPath:
          path: /dev/shm
          type: Directory

• 在该Node上部署不包含基础组件Agent的业务Pod，检查所有基础组件和业务是否正常工作，如果正常，再分批次选择剩余Nodes，加上Label（AgentsDaemonSet:YES）和Taint(AgentsDaemonSet=YES:NoSchedule)，DaemonSet Controller会自动在这些Nodes创建这些DaemonSet Agents Pod。如此逐批次完成集群中基础组件Agents的灰度上线。