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Knoten für die Verwendung von Festplattenspeicher als virtuellen Arbeitsspeicher konfigurieren

Standard

Mit dem GKE-Knotenspeicher-Swap können GKE-Knoten Festplattenspeicher als virtuellen Arbeitsspeicher verwenden, wenn der physische Arbeitsspeicher erschöpft ist. Durch das Auslagern von Arbeitsspeicher auf Knoten kann die Ausfallsicherheit von Anwendungen verbessert und für bestimmte Arbeitslasten Fehler aufgrund von unzureichendem Arbeitsspeicher (OOM-Fehler) verhindert werden.

Wann sollte der Knotenspeicher-Swap verwendet werden?

Verwenden Sie den Knotenspeicher-Swap, um einen Puffer gegen OOM-Fehler für speicherintensive Anwendungen zu schaffen, insbesondere bei unerwarteten Nutzungsspitzen. Der Knotenspeicher-Swap kann die Resilienz Ihrer Arbeitslasten verbessern, z. B. in den folgenden Szenarien:

Arbeitslasten mit unvorhersehbaren Speichermustern ausführen
Das Risiko von Anwendungsabstürzen aufgrund von Arbeitsspeichermangel auf Knoten wird verringert.
Optimieren Sie die Kosten, indem Sie vermeiden, dass Sie Arbeitsspeicher für gelegentliche Spitzen überprovisionieren müssen.

Funktionsweise des Knotenspeicherswaps

Wenn Sie den Knotenspeicher-Swap aktivieren, konfiguriert GKE das Betriebssystem des Knotens so, dass Festplattenspeicher als virtueller Speicher verwendet wird. Dieser Prozess bietet einen Puffer für Anwendungen, bei denen es zu vorübergehendem Arbeitsspeicherdruck kommt.

GKE berechnet Container-Swap-Limits basierend auf den Speicherressourcenlimits des Containers und dem Gesamtspeicher des Knotens.

Sie können Swap auf verschiedenen Speichertypen konfigurieren, um Leistung und Kosten auszugleichen:

Bootdisk: verwendet die Bootdisk des Knotens als Auslagerungsspeicher.
Sitzungsspezifische lokale SSD: Hier wird eine lokale SSD verwendet, die auch für den sitzungsspezifischen Pod-Speicher freigegeben ist.
Dedizierte lokale SSD: Reserviert eine oder mehrere lokale SSDs ausschließlich für den Swap.

Zum Schutz vertraulicher Daten verschlüsselt GKE den Swap-Speicher standardmäßig mit einem temporären Schlüssel.

Anforderungen und Einschränkungen

Für den Knotenspeicher-Swap gelten die folgenden Anforderungen und Einschränkungen:

GKE-Cluster müssen mindestens Version 1.34.1-gke.1341000 haben.
Nur Pods mit der QoS-Klasse Burstable können den Knotenspeicher-Swap verwenden. Weitere Informationen zu QoS-Klassen finden Sie in der Kubernetes-Dokumentation unter Pod-Dienstqualitätsklassen.
Wenn Sie den Knotenspeicher-Swap aktivieren, muss die Richtlinie zum Ändern der Containergröße auf RestartContainer festgelegt werden.
Wenn Sie den Knotenspeicher-Swap so konfigurieren, dass ein Bootlaufwerk verwendet wird, darf die Swap-Größe 50% der Gesamtkapazität des Bootlaufwerks nicht überschreiten.

Wenn Sie den Knotenspeicher-Swap für die Verwendung einer lokalen SSD konfigurieren, müssen die folgenden Anforderungen erfüllt sein:

Der Maschinentyp muss lokale SSDs unterstützen. Sie können keinen Rohblockspeicher mit einer lokalen SSD verwenden.
Knoten müssen mit lokalen SSDs bereitgestellt werden. Die Bereitstellungsmethode hängt von der Maschinenserie ab:
- Legen Sie für Maschinenserien der ersten oder zweiten Generation das Flag --ephemeral-storage-local-ssd=count fest.
- Wählen Sie für Maschinenserien der dritten oder vierten Generation einen Maschinentyp aus, der lokale SSDs enthält.
Der Standardmaschinentyp e2-medium unterstützt keine lokalen SSDs. Sie müssen daher einen anderen Maschinentyp auswählen.
Eine Anleitung zum Erstellen oder Aktualisieren eines Clusters, damit lokale SSDs bereitgestellt werden, finden Sie unter Lokalen SSD-gestützten sitzungsspezifischen Speicher bereitstellen und verwenden.

Best Practices

Der Knotenspeicher-Swap ist als Sicherheitsnetz für unvorhersehbare Arbeitsspeicherspitzen gedacht und nicht als Ersatz für ausreichend physischen Arbeitsspeicher. Eine Anleitung zum Optimieren von Arbeitslasten finden Sie unter Größe von GKE-Arbeitslasten in großem Maßstab anpassen.

Beachten Sie außerdem die folgenden Best Practices, wenn Sie den Knotenspeicher-Swap verwenden:

Isolieren Sie Knoten mit aktiviertem Swap-Speicher, indem Sie eine Markierung auf den Knotenpool anwenden, z. B. gke-swap=enabled:NoSchedule, und den Arbeitslasten, die Swap verwenden sollen, eine entsprechende Toleranz hinzufügen.
Passen Sie die Größe des Auslagerungsspeichers für den Knotenspeicher entsprechend an. Unzureichender Swap-Speicher für Knoten kann OOM-Fehler nicht verhindern und eine übermäßige Nutzung kann die Leistung beeinträchtigen.
Überwachen Sie die Verwendung von Knotenspeicher-Swap für Ihre Arbeitslasten. Die häufige Verwendung von Node-Arbeitsspeicherswap kann ein Hinweis auf Arbeitsspeicherdruck sein.

Hinweise

Führen Sie die folgenden Aufgaben aus, bevor Sie beginnen:

Aktivieren Sie die Google Kubernetes Engine API.

Google Kubernetes Engine API aktivieren

Wenn Sie die Google Cloud CLI für diesen Task verwenden möchten, müssen Sie die gcloud CLI installieren und dann initialisieren. Wenn Sie die gcloud CLI bereits installiert haben, rufen Sie die neueste Version mit dem Befehl gcloud components update ab. In früheren gcloud CLI-Versionen werden die Befehle in diesem Dokument möglicherweise nicht unterstützt.
Hinweis: Legen Sie für vorhandene Installationen der gcloud CLI das compute/region-Attribut fest. Wenn Sie hauptsächlich zonale Cluster verwenden, legen Sie stattdessen compute/zone fest. Wenn Sie einen standardmäßigen Speicherort festlegen, können Sie in der gcloud CLI Fehler wie diesen vermeiden: One of [--zone, --region] must be supplied: Please specify location. Bei bestimmten Befehlen müssen Sie möglicherweise den Speicherort angeben, wenn er sich von dem von Ihnen festgelegten Standard unterscheidet.

Knotenspeicher-Swap aktivieren

Sie können den Knotenspeicher-Swap auf Cluster- oder Knotenpoolebene aktivieren. Wenn Sie den Knotenspeicher-Swap aktivieren möchten, erstellen oder aktualisieren Sie eine system-config.yaml-Datei, die die gewünschte Knotenspeicher-Swap-Konfiguration enthält. Im folgenden Beispiel wird der Knotenspeicher-Swap mit Standardeinstellungen aktiviert:

linuxConfig:
  swapConfig:
    enabled: true

Es gibt weitere Einstellungen, die Sie konfigurieren können. In diesem Beispiel wird unverschlüsselter Swap so konfiguriert, dass 30% des Speichers einer sitzungsspezifischen lokalen SSD verwendet werden:

linuxConfig:
  swapConfig:
    enabled: true
    encryptionConfig:
      disabled: true
    ephemeralLocalSsdProfile:
      swapSizePercent: 30

Eine Liste der optionalen Felder, die Sie konfigurieren können, finden Sie in der API-Dokumentation zu LinuxNodeConfig.

Swap-Speicher für Knoten in einem Cluster aktivieren

Führen Sie einen der folgenden Schritte aus, um den Knotenspeicher-Swap für einen Cluster zu aktivieren:

Führen Sie den folgenden Befehl aus, um einen neuen Cluster mit aktiviertem Knotenspeicher-Swap zu erstellen:
```
gcloud beta container clusters create CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --cluster-version=1.34.1-gke.1341000 \
    --system-config-from-file=system-config.yaml
```
Ersetzen Sie Folgendes:
- CLUSTER_NAME: Der Name des neuen Clusters.
- LOCATION: Die Region oder Zone für Ihren Cluster.
Hinweis :Für lokale SSDs auf Maschinentypen der ersten und zweiten Generation müssen Sie das --ephemeral-storage-local-ssd-Flag übergeben.
Führen Sie den folgenden Befehl aus, um einen vorhandenen Cluster zu aktualisieren und den Knotenspeicher-Swap zu aktivieren:
```
gcloud beta container clusters update CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --system-config-from-file=system-config.yaml
```
Ersetzen Sie Folgendes:
- CLUSTER_NAME: Der Name des neuen Clusters.
- LOCATION: Die Region oder Zone für Ihren Cluster.

Swap-Speicher für Knoten in einem Knotenpool aktivieren

Führen Sie einen der folgenden Schritte aus, um den Knotenspeicher-Swap für einen Knotenpool zu aktivieren:

Führen Sie den folgenden Befehl aus, um einen neuen Knotenpool mit aktiviertem Knotenspeicher-Swap zu erstellen:
```
gcloud beta container node-pools create NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --node-version=1.34.1-gke.1293000 \
    --system-config-from-file=system-config.yaml \
    --machine-type=MACHINE_TYPE
```
Ersetzen Sie Folgendes:
- NODEPOOL_NAME ist der Name des neuen Knotenpools.
- CLUSTER_NAME: Der Name Ihres Clusters.
- LOCATION: Die Region oder Zone für Ihren Cluster.
- MACHINE_TYPE: ein kompatibler Maschinentyp. Achten Sie bei lokalen SSDs darauf, dass Sie einen Maschinentyp auswählen, der lokale SSDs enthält, z. B. n1-standard-1.
Hinweis :Für lokale SSDs auf Maschinentypen der ersten und zweiten Generation müssen Sie das --ephemeral-storage-local-ssd-Flag übergeben.
Führen Sie den folgenden Befehl aus, um einen vorhandenen Knotenpool zu aktualisieren und den Knotenspeicher-Swap zu aktivieren:
```
gcloud beta container node-pools update NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --system-config-from-file=system-config.yaml
```
Ersetzen Sie Folgendes:
- NODEPOOL_NAME: Der Name des Knotenpools.
- CLUSTER_NAME: Der Name Ihres Clusters.
- LOCATION: Die Region oder Zone für Ihren Cluster.

Konfiguration prüfen

So prüfen Sie, ob der Knotenspeicher-Swap aktiviert ist:

Prüfen Sie mit dem folgenden Befehl, ob die system-config.yaml mit den swapConfig-Einstellungen angewendet wird:

gcloud beta container node-pools describe NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --format='yaml(config.linuxNodeConfig.swapConfig)'

Prüfen Sie mit dem folgenden Befehl, ob die kubelet-Konfiguration auf dem Knoten vorhanden ist:

kubectl get --raw "/api/v1/nodes/NODE_NAME/proxy/configz" | jq .kubeletconfig.memorySwap

Swap-Speicher-Nutzung überwachen

Sie können den Knotenspeicher mit Cloud Monitoring oder kubectl überwachen.

Monitoring

Die folgenden Systemmesswerte sind standardmäßig verfügbar, um die Swap-Nutzung zu beobachten:

kubernetes.io/node/memory/swap_used_bytes
kubernetes.io/container/memory/swap_used_bytes

GKE bietet über cAdvisor auch Messwerte zur Swap-Nutzung auf Containerebene. Wenn Sie diese Messwerte verwenden möchten, aktivieren Sie cAdvisor im Cluster:

prometheus.googleapis.com/container_memory_swap/gauge

kubectl

So überwachen Sie die Swap-Nutzung mit kubectl-Befehlen:

Prüfen Sie den SwapDetected-Zustand des Knotenobjekts mit dem folgenden Befehl:

kubectl get node NODE_NAME -o jsonpath='{.status.conditions[?(@.type=="Swap")]}' | jq .

Die Ausgabe sieht etwa so aus:

{
  "lastHeartbeatTime": "2025-07-11T00:14:52Z",
  "lastTransitionTime": "2025-06-25T05:20:10Z",
  "message": "Swap is active: Total=49Gi Used=0B Free=49Gi",
  "reason": "SwapDetected",
  "status": "True",
  "type": "Swap"
}

Prüfen Sie die Swap-Kapazität mit dem folgenden Befehl:

kubectl get node NODE_NAME -o jsonpath='{.status.nodeInfo.swap}'