Node Allocatableの概要

Kubernetesクラスターにおいて、各ノードは物理的なハードウェアリソース（CPU、メモリ、ストレージ）を持っています。これらのリソースはPodだけでなく、Kubernetes自体やOSのシステムプロセスにも使用されます。しかし、デフォルトではすべてのリソースがPodに割り当て可能となっており、システムプロセスがリソース不足に陥るとノードの不安定化を引き起こす可能性があります。

リソース予約が必要な理由

• ノード上で動作するkubelet、container runtime、node-problem-detectorなどのコアコンポーネントは安定稼働のために最低限のリソースを必要とする。
• 特定のPodがCPUやメモリを過剰に消費し、kubeletの処理が遅延すると、APIサーバーとのハートビートがタイムアウトし、ノード状態がNotReadyになるリスクがある。
• 一度NotReadyとなったノード上のPodが他のノードへ移行され、同様の高負荷を発生させれば、連鎖的にクラスター全体がダウンする「リソース雪崩」が発生する。
• このような事態を防ぐため、Node Allocatableという仕組みを用いて、システムプロセス専用のリソースを事前に確保することが重要です。

Allocatableリソースの計算方式

ノード上で実際にPodに割り当て可能なリソース量（= Allocatable）は、以下の式で算出されます：

Allocatable = Capacity - kube-reserved - system-reserved - eviction-threshold

この値に基づき、KubernetesのスケジューラはPodの配置を判断します。つまり、すべてのPodのresources.requests合計がAllocatableを超えないように制御されます。

関連項目の説明

• Capacity: ノードの物理リソース総量（例: cpu=8, memory=15595848Ki）
• Allocatable: 実際にPodに割り当て可能なリソース量
• kube-reserved: kubeletやCRIなどKubernetesコンポーネント専用のリザーブ
• system-reserved: sshd、udev、監視エージェントなどOSレベルのデーモン向けリザーブ
• eviction-hard: リソース枯渇時にPodを強制終了するしきい値

実際のリソース予約設定

以下は、kubeletの構成ファイル（/var/lib/kubelet/config.yaml）を通じてリソース予約を適用する方法です。

Kubernetesコンポーネント向けのリザーブ

kube-reservedを使用して、kubeletやコンテナランタイムに必要なリソースを確保します。

kubeReserved:
  cpu: "200m"
  memory: "256Mi"
  ephemeral-storage: "5Gi"

また、対象プロセスが属するcgroupを明示的に指定することで、リソース制限が正しく適用されるようにします。

kubeReservedCgroup: /kube-reserved

OSシステムプロセス向けのリザーブ

システム全体の安定性を保つために、OS関連のバックグラウンドプロセスにもリソースを確保します。

systemReserved:
  cpu: "100m"
  memory: "512Mi"
  ephemeral-storage: "3Gi"

systemReservedCgroup: /system-reserved

リソース枯渇時のポリシー設定

ノードがリソース不足に陥った場合の挙動を定義します。これはノードの自己防衛機構として機能します。

evictionHard:
  memory.available: "300Mi"
  nodefs.available: "10%"
  imagefs.available: "15%"

さらに、Eviction発生後に回復を促進するために、最低限のリソース回収量を指定できます。

evictionMinimumReclaim:
  memory.available: "200Mi"
  nodefs.available: "500Mi"
  imagefs.available: "1Gi"

最終的な設定例

apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
enforceNodeAllocatable:
  - pods
  - kube-reserved
  - system-reserved

kubeReserved:
  cpu: "200m"
  memory: "256Mi"
  ephemeral-storage: "5Gi"
kubeReservedCgroup: /kube-reserved

systemReserved:
  cpu: "100m"
  memory: "512Mi"
  ephemeral-storage: "3Gi"
systemReservedCgroup: /system-reserved

evictionHard:
  memory.available: "300Mi"
  nodefs.available: "10%"
  imagefs.available: "15%"

evictionMinimumReclaim:
  memory.available: "200Mi"
  nodefs.available: "500Mi"
  imagefs.available: "1Gi"

設定の反映手順

設定変更後はkubeletサービスを再起動して反映します。

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart kubelet
sudo systemctl status kubelet

設定の確認方法

変更が正しく反映されたかは、以下のコマンドで確認できます。

kubectl describe node <node-name>

出力結果のAllocatableセクションに、新しいリソース量が表示されていることを確認してください。

補足：効果の検証

たとえば、次のような環境を想定します：

• ノード容量: CPU=16, Memory=32Gi, Ephemeral-Storage=100Gi
• kube-reserved: cpu=1, memory=2Gi, storage=1Gi
• system-reserved: cpu=0.5, memory=1Gi, storage=1Gi
• eviction-hard: memory.available<500Mi

この場合、Podに割り当て可能なリソース（Allocatable）は以下のようになります：

• CPU: 14.5
• Memory: 28.5Gi
• Ephemeral-Storage: 88Gi

スケジューラはこの値を基準にPodの配置を決定し、システムの安定稼働を担保します。