Kubernetes v1.36：借助 Memory QoS 实现分层内存保护

借由 Qi Wang (Red Hat), Sohan Kunkerkar (Red Hat) | 译者 Paco Xu(DaoCloud) | 2026.04.29

我谨代表 SIG Node 宣布 Kubernetes v1.36 中 Memory QoS 特性（Alpha）的更新。 Memory QoS 使用 cgroup v2 的内存控制器，为内核提供更好的指引来处理容器内存。它最早在 v1.22 中引入，并在 v1.27 中更新。在 Kubernetes v1.36 中，我们引入了以下内容：可选启用的内存预留、基于 QoS 类的分层保护、可观测性指标，以及针对 memory.high 的内核版本告警。

v1.36 的新变化

使用 `memoryReservationPolicy` 选择性启用内存预留

v1.36 将节流与预留分离开来。启用该特性门控后，会开启 memory.high 节流（kubelet 基于 memoryThrottlingFactor 设置 memory.high，默认值为 0.9），但内存预留现在由一个独立的 kubelet 配置字段控制：

None（默认）：不写入 memory.min 或 memory.low。通过 memory.high 进行的节流仍然有效。
TieredReservation：kubelet 基于 Pod 的 QoS 类写入分层内存保护：

Guaranteed Pod 通过 memory.min 获得硬保护。例如，一个请求 512 MiB 内存的 Guaranteed Pod 会得到：

$ cat /sys/fs/cgroup/kubepods.slice/kubepods-pod6a4f2e3b_1c9d_4a5e_8f7b_2d3e4f5a6b7c.slice/memory.min
536870912

内核在任何情况下都不会回收这部分内存。如果无法兑现这一保证，它会对其他进程触发 OOM killer 以释放内存页。

Burstable Pod 通过 memory.low 获得软保护。对于同样请求 512 MiB 内存的 Burstable Pod：

$ cat /sys/fs/cgroup/kubepods.slice/kubepods-burstable.slice/kubepods-burstable-pod8b3c7d2e_4f5a_6b7c_9d1e_3f4a5b6c7d8e.slice/memory.low
536870912

在正常压力下，内核会避免回收这部分内存；但如果另一种选择是系统范围的 OOM，内核仍可能回收其中一部分。

BestEffort Pod 既不会获得 memory.min，也不会获得 memory.low。它们的内存仍然是完全可回收的。

与 v1.27 行为的对比

在更早的版本中，启用 MemoryQoS 特性门控后，会立即为每个带有内存请求的容器设置 memory.min。 memory.min 是一种硬预留，无论内存压力如何，内核都不会回收它。

假设一个节点有 8 GiB RAM，而 Burstable Pod 的请求总量达到 7 GiB。在更早版本中，这 7 GiB 会作为 memory.min 被锁定，从而给内核、系统守护进程或 BestEffort 工作负载留下极少余量，并增加 OOM kill 的风险。

在 v1.36 的分层预留机制下，这些 Burstable 请求会映射到 memory.low，而不是 memory.min。在正常压力下，内核仍会保护这部分内存；但在极端压力下，它可以回收其中一部分以避免系统范围的 OOM。只有 Guaranteed Pod 才会使用 memory.min，这使得硬预留保持在更低水平。

借助 v1.36 中的 memoryReservationPolicy，你可以先启用节流，观察工作负载行为，然后在节点拥有足够余量时再选择启用预留。

可观测性指标

kubelet 的 /metrics 端点会暴露两个 Alpha 级稳定性指标：

指标	说明
`kubelet_memory_qos_node_memory_min_bytes`	Guaranteed Pod 的 `memory.min` 总量
`kubelet_memory_qos_node_memory_low_bytes`	Burstable Pod 的 `memory.low` 总量

这些指标对于容量规划非常有用。如果 kubelet_memory_qos_node_memory_min_bytes 正在逐渐逼近节点的物理内存，你就知道硬预留已经变得紧张了。

$ curl -sk https://localhost:10250/metrics | grep memory_qos
# HELP kubelet_memory_qos_node_memory_min_bytes [ALPHA] Total memory.min in bytes for Guaranteed pods
kubelet_memory_qos_node_memory_min_bytes 5.36870912e+08
# HELP kubelet_memory_qos_node_memory_low_bytes [ALPHA] Total memory.low in bytes for Burstable pods
kubelet_memory_qos_node_memory_low_bytes 2.147483648e+09

内核版本检查

在版本低于 5.9 的内核上，memory.high 节流可能触发内核活锁问题。这个缺陷已在内核 5.9 中修复。在 v1.36 中，当启用该特性门控时，kubelet 会在启动时检查内核版本，如果内核版本低于 5.9 就记录一条告警日志。该特性仍然可以继续工作，这只是信息提示，并不是硬阻断。

Kubernetes 如何将 Memory QoS 映射到 cgroup v2

Memory QoS 使用四个 cgroup v2 内存控制器接口：

memory.max：硬内存限制，与之前版本一致
memory.min：硬内存保护，在 TieredReservation 下仅对 Guaranteed Pod 设置
memory.low：软内存保护，在 TieredReservation 下对 Burstable Pod 设置
memory.high：内存节流阈值，与之前版本一致

下表展示了在配置 memoryReservationPolicy: TieredReservation 时， Kubernetes 容器资源如何映射到 cgroup v2 接口。对于默认值 memoryReservationPolicy: None，不会设置 memory.min 或 memory.low。

QoS 类	`memory.min`	`memory.low`	`memory.high`	`memory.max`
Guaranteed	设置为 `requests.memory` （硬保护）	不设置	不设置（requests == limits，因此节流没有意义）	设置为 `limits.memory`
Burstable	不设置	设置为 `requests.memory` （软保护）	基于节流因子公式计算	设置为 `limits.memory` （如果已指定）
BestEffort	不设置	不设置	基于节点可分配内存计算	不设置

cgroup 层级

cgroup v2 要求父 cgroup 的内存保护值至少要与其所有子 cgroup 之和一样大。 kubelet 通过以下方式维持这一点：将 kubepods 根 cgroup 上的 memory.min 设置为所有 Guaranteed 和 Burstable Pod 内存请求之和，并将 Burstable QoS cgroup 上的 memory.low 设置为所有 Burstable Pod 内存请求之和。这样，内核就能够正确执行容器级和 Pod 级的保护值。

kubelet 直接使用 runc 的 libcontainer 库管理 Pod 级别和 QoS 类级别的 cgroup，而容器级别的 cgroup 则由容器运行时（containerd 或 CRI-O）管理。

如何使用？

前提条件

Kubernetes v1.36 或更高版本
使用 cgroup v2 的 Linux。推荐使用 5.9 或更高版本的内核；更早版本的内核也能工作，但可能会遇到活锁问题。你可以运行 mount | grep cgroup2 来验证 cgroup v2 是否已启用。
支持 cgroup v2 的容器运行时（containerd 1.6+、CRI-O 1.22+）

配置

要启用带分层保护的 Memory QoS：

apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
featureGates:
  MemoryQoS: true
memoryReservationPolicy: TieredReservation  # 可选值：None（默认）、TieredReservation
memoryThrottlingFactor: 0.9  # 可选，默认值为 0.9

如果你只想启用 memory.high 节流，而不启用内存保护，可以省略 memoryReservationPolicy，或者将其设置为 None：

apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
featureGates:
  MemoryQoS: true
memoryReservationPolicy: None  # 默认值

如何进一步了解？

参与其中

此特性由 SIG Node 推动。如果你有兴趣参与贡献或提供反馈，可以通过 Slack（#sig-node）、邮件列表或定期举行的 SIG Node 会议找到我们。请将缺陷报告提交到 kubernetes/kubernetes，并将增强提案提交到 kubernetes/enhancements。