服务器资源利用率较低,IT基础设施的总拥有成本(TCO)逐年上涨,一直是困扰很多企业的难题。随着云原生技术的发展,Kubernetes逐渐成为数据中心的一项基础设施,将在/离线业务统一使用Kubernetes调度编排日渐成熟。本议题结合网易轻舟在这一领域的工作实践,介绍如何基于Kubernetes通过混合部署,在不影响在线业务的前提下将CPU利用率提高到50%以上,大幅降低企业数据中心成本。
数据分析显示,数据中心成本中,服务器采购成本占比超过50% 1, 2 ,而全球服务器平均资源利用率不到20%,并且服务器一般3~5年就会淘汰,需要购置新服务器,造成了巨大的成本浪费。
如果数据中心或者机房规模较小,服务器数量有限,很少有人会去关注资源利用率这个问题。因为在小规模场景下,耗费人力、物力想办法提高服务器资源利用率并不会获得太高的收益。如果数据中心规模比较大,提升数据中心资源利用率则能够显著降低成本、带来巨大收益,所以国内外的大型互联网公司,很早就开始投入大量的人力物力进行较多的探索实践。
近几年,随着云音乐、严选、传媒、有道等互联网业务的快速发展,网易内部的服务器数量不断攀升,而实际资源利用率又比较低,IT基础设施成本问题日益严峻。面对日益增长的业务,我们希望用最小的基础设施资源成本来支撑更大的业务需求。提升服务器资源利用率成为一个比较重要的解决手段。
网易轻舟团队提出了一套基于kubernetes的业务混部方案,目前已经在网易内部得到广泛应用,在不影响业务SLO(service-level objective)的前提下,资源利用率得到显著提升。
本文将从以下几个方面逐步展开:
资源利用率现状和原因分析
如何通过混部提高资源利用率
落地成果
未来展望
麦肯锡数据统计显示,整个业界的服务器平均利用率大约为6%,而Gartner的估计要乐观一些,大概在12%。国内一些银行的数据中心的利用率大概在5%左右 3 。
而造成利用率比较低的原因主要有以下三个方面:
不同类型的业务划分了独立的服务器资源池
绝大多数企业在构建数据中心或者机房的时候,对于在线服务(latency-sensitive service)和离线服务(batch job)是单独采购机器并且分开管理部署的,各自采用独立的资源调度管理系统(比如离线业务使用Yarn调度,在线业务Mesos调度),从服务器采购、规划到业务调度层面都是完全隔离的。
图1(b) 是Google 专门运行在线应用的2万台服务器CPU利用率分布图,大部分处于30%左右。图1© 是Google专门运行批处理作业的2万台服务器CPU利用率分布图,大部分在75%左右 3。
在线业务SLO要求较高,为了保证服务的性能和可靠性,通常会申请大量的冗余资源,因此,会导致资源利用率很低、浪费比较严重。而离线业务,通常关注吞吐量,SLO要求不高,容忍一定的失败,资源利用率很高。
假如将离线业务跑在在线业务的机器上,充分利用在线业务的空闲资源,那是不是就能节省下离线业务的服务器成本了呢?
服务的reserved资源和实际used资源存在较大Gap,通常overprovision
业务通常是有波峰和波谷的,用户在部署服务时,为了保证服务的性能和稳定性通常都会按照波峰申请资源,即 provision resource for the peek load,但是波峰的时间可能很短。另外,也有相当一部分用户对于自己服务的资源使用情况不是很了解,在申请资源时具有较大盲目性,但是通常也是申请过量资源而不是申请的过少。
图2 是推特数据中心资源使用情况,可以看到cpu利用率大约在20%左右,但是用户申请了60%左右的cpu资源;内存利用率在40%左右,但是用户申请了80%左右的内存资源 4。
服务A已申请的但是实际没有使用的资源,即使是空闲的,其他服务也是不能够使用的。Reserved - Used差值越大,资源浪费越多。所以我们应该如何去缩小Reserved - Used的差值,从而提高业务部署密度和资源利用率呢?
业务负载具有明显的时间上的波峰波谷,处于波谷时,空闲资源其他服务无法使用
很多面向用户的在线服务具有明显的波峰波谷,比如白天用户使用量较多,资源利用率相应较高,但是夜间用户使用量较少,资源利用率相应较低。夜间空闲出来的资源,其实都是浪费的。那夜间空闲出来的这部分资源是不是也可以用来跑离线业务呢?
在线业务(latency-sensitive service):和用户存在交互的、并且对交互延时敏感的应用称为在线业务。例如:网络搜索服务、即时通讯服务、支付服务、游戏服务等,延迟对于这些服务的服务质量至关重要,故称为“延时敏感”,在线业务通常有着严格的SLO(service-level objective)。
离线业务(batch job):和用户不存在交互,对延时不敏感的应用称为离线业务。例如:Hadoop生态下的MapReduce作业、Spark作业、机器学习的训练作业、视频转码服务等。这些作业对于其完成时间的容忍度较高,故称为“延时不敏感”。离线业务通常没有严格的SLO 。
混合部署(co-location):是指将在线业务和离线业务混合部署在同一集群和服务器上。
传统的数据中心中,之所以将在/离线服务分开部署管理,实属无奈之举:
- 混部会带来底层共享资源(CPU、内存、网络、磁盘等)的竞争,会导致在线业务性能下降,并且这种下降是不可预测的
- 在/离线服务分属不同的研发、产品团队,成本管理是分开的
- 在/离线服务使用不同的资源调度管理系统,无法统一调度
如果能够将离线服务跑在在线服务的机器上,充分利用在线服务的空闲资源,则能够显著提升资源利用率降低服务器成本。
随着云原生理念、容器和微服务的普及,Kubernetes 逐步统治了容器编排领域,成为数据中心的基础设施。将在/离线业务统一使用 Kubernetes 调度管理,日渐成熟。
接下来,本章节会详细讲解如何基于 Kubernetes 实现在/离线业务的混部,在复杂的基础设施架构下,面对众多的共享资源,如何实现多维度的资源隔离,最小化在/离线业务之间的性能干扰,保证在线业务的运行性能、提升离线业务运行效率。
因为要基于Kubernetes 实现在/离线业务的混部,所以需要先了解 Kubernetes 有哪些功能能够帮助实现混部,以及 Kubernetes 本身存在哪些问题。
pod是有优先级(pod priority)的,相应字段是podspecpriority,它表示了pod的重要程度,值越大优先级越高。调度器调度的时候会优先调度高优先级的pod,Kubelet在驱逐过载节点的pod时,会优先驱逐低优先级的pod。
所以,可以将离线任务设置较小的pod priority。
Pod有三种QoS class:
- Best Effort: 如果pod的cpu/memory资源的request和limit都没有设置,则该pod属于Best Effort类型
- Guaranteed:如果pod的cpu/memory资源的request和limit都设置了,并且每个资源的request值等于limit值,则该pod属于Guaranteed类型
- Burstable: 剩下的则是Burstable类型
其中,Guaranteed pod对于 SLO 要求最高,有最高的资源保证;Burstable pod对于 SLO 要求次之,仅保证 request 部分的资源;Best Effort pod 对于 SLO 要求最低,资源无法保证。
Best Effort类型pod的 OOM Score 是最大的,也就是说在发生系统OOM的时候,首先kill的就是Best Effort类型的pod。
当节点上内存、磁盘等非可压缩资源负载过高时,kubelet会驱逐上面的pod,保证节点稳定性,驱逐的顺序是: Best Effort、Burstable、Guaranteed。
所以,是不是可以将离线任务归为Best Effort class 呢?
Kubernetes 是使用 cgroups 来实现pod的资源限制的。
图4 是Kubernetes cpu cgroups的层级,三种不同的颜色表示三种不同的QoS class:
- kubepods 的cpushare 只在kubelet启动的时候设置一次
- besteffort和burstable的cpushare,每隔1分钟更新一次 有pod创建删除也会触发更新
- pod的cpushare和cfs quota只在创建时设置,后面不再更新
图5 是Kubernetes memory cgroups的层级,三种不同的颜色表示三种不同的QoS class:
- kubepods 的memorylimit_in_bytes 只在kubelet启动时设置一次
- besteffort和burstable的memorylimit_in_bytes,后面不会更新
- pod的memorylimit_in_bytes只在创建时设置,后面不会更新
之所以在这讲一下Kubernetes pod cgroups的层级组织结构和动态更新策略,是因为我们开发的资源隔离组件也是通过更改cgroups配置来实现资源隔离的。如果不知道Kubernetes原生的cgroups管理策略,很容易发生更新失效或者冲突,引发故障。
Kubernetes是使用的静态调度。静态调度是指根据容器的资源请求(resource request)进行调度,而不考虑节点的实际负载。所以,经常会发生节点负载很低,但是调度不了新的pod上去的情况。
Kubernetes为什么会使用静态调度呢?因为要实现一个基于节点负载进行动态调度的通用框架是很困难的。而静态调度实现简单、管理方便,但是对于用户的要求要高一些,如果 resource request 配置的不合理,可能会导致节点之间负载不均衡以及利用率较低。
Kubernetes 是没有区分在线业务和离线业务的,当前的cgroups层级组织结构也很难将在/离线业务区分开,很难实现动态的资源分配和动态的资源隔离。所以,也无从谈起在/离线业务的性能隔离,顶多就是不同pod之间的隔离。
而 Kubernetes 对于pod之间的资源隔离也是很弱的,仅仅通过cgroups在cpu维度使用cpushares控制发生cpu争用时的时间片分配比例,使用cfs quota限制cpu使用上限;内存维度使用memory limit in bytes限制使用上限。
如果贸然将在/离线业务混部在同一台机器上,是无法保证在线业务的SLO的。
北京it行业技术总监上班时间周一到周五早九点到晚六点。根据查询相关公开信息显示:中国目前的标准工作时间制度限制工人每天工作8小时,平均每周工作40小时,单从IT行业来看,在一线城市和二三线城市工作时间可能会有些不同,不同的点体现在虽然企业一般规定的都是早九晚六的工作时间。
垄断体制下个的股份制银行,IT老总们首先是一个“官”,其次才是别的什么。所以首要的素质,是为官之道。金融IT行业的职业层级与其他各行业没有这么大的不同,即:越往上,管理的内容就越多,技术业务的内容就越少;越是老总级,就越只能抓大方向,抓管理,越少抓细节,抓技术。与普通技术型企业不同的是——你懂的。徐连峰1977年清华大学毕业,长期在银行电脑部工作,曾任中国银行伦敦分行电脑部经理,招商银行总行电脑部总经理,中润丰信息技术有限公司董事长,中国银联筹备组技术总监。现任招商银行技术总监。徐连峰,男,1953年2月生,1977年清华大学毕业,长期在金融机构信息技术部门工作,曾任中国银行伦敦分行电脑部经理,招商银行总行电脑部总经理,中润丰信息技术有限公司董事长,中国银联筹备组技术总监。现任招商银行技术总监(CIO)。作为招行电脑部的创始人,他发明并设计实现了“招商银行一卡通”。2003年在由国家信息化测评中心和《互联网周刊》共同举行的"中国企业信息化500强"评选活动中,招商银行位列第三。该行还同时被授予"最佳电子商务应用奖"和 "最佳信息化效能奖";行长马蔚华荣膺"最具远见的信息化领导者"; 技术总监徐连峰获"优秀信息化主管奖"。评委会认为,1995年,招商银行 "一卡通" 率先利用信息化网络技术改造银行业务,随后又在1999年率先在国内推出网上银行,抢占金融服务领域的制高点。至2002年,招商银行资产规模3500亿元人民币,仅为中国银行业经营资产总量的15%;其机构网点只有300多个,也仅占全国银行系统机构网点的01%;招商银行雇员8000多人,在整个银行系统的比例是03%。但是招商银行的平均利润却占到中国银行业平均利润总数的8%。
CTO是把握总体技术方向的职位。
首席技术官是技术资源的行政管理者,英文为Chief Technical Officer或Chief Technology Officer,简称CTO。
其职责是制订有关技术的愿景和战略,把握总体技术方向,监督技术研究与发展的活动,并对技术选型和具体技术问题进行指导和把关,完成所赋予的各项技术任务/项目。
通常只有高科技企业、研发单位、生产单位等才设立CTO职位。这一职位有点类似于常说的总工程师,其工作需要对企业老总负责。
扩展资料:
国内CTO更偏重于研发管理,CTO要负责把所有同开发相关的资源都管理起来,按时完成项目。另一方面,就是类似总工的角色。
作为技术方面的权威,要对公司下一步的技术发展方向进行一些研究、探讨,做出判断并帮助CEO做出决策。
对于CTO的职责范围,国内公司还在摸索中。这个职位的职责同公司现阶段的需求和人员配备密切相关,对于中小规模的公司,CTO的工作要求也是模糊的,目前这种情况在国内比较多。
参考资料来源:百度百科—cto
CIO(Chief Information Officer)首席信息官,位列公司最高决策层,负责信息技术和企业信息系统的人,是负责公司和组织的创新策略、创新流程和创新工具的主管领导;技术主管或者技术总监只能概况出其职能的一部分。
CIO的职责是挖掘企业的信息资源、制定企业信息化战略、为企业信息化合理布局、评估信息化对企业的价值等;负责信息流、物流、资金流的整合,完成信息系统的选型实施,收集研究企业内外部的信息为决策提供依据。更为重要的是要担当起电子商务管理,以及信息工程的监理工作。协助企业完成业务流程重组,运用信息管理技术重建企业的决策体系和执行体系,同时要对信息编码和商务流程统一标准。不仅要推动企业信息化的软硬环境优化,而且要为CEO当好参谋,与各高层管理者一起促进企业内外部商务环境的改善。
安排企业信息化方面的培训,发现信息运用的瓶颈,观察研究企业运作中的信息流及其作用。协调沟通上下级关系,打造优秀的IT团队。
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