本文所討論垃圾回收（GC，Garbage Collection）機制針對Kubernetes1.1.7，docker容器。
一、Tips
01. Kubernetes的垃圾回收由kubelet進行管理，每分鍾會查詢清理一次容器，每五分鍾查詢清理一次鏡像。在kubelet剛啟動時並不會立即進行GC，即第一次進行容器回收為kubelet啟動一分鍾后，第一次進行鏡像回收為kubelet啟動五分鍾后。
02. 不推薦使用其它管理工具或手工進行容器和鏡像的清理，因為kubelet需要通過容器來判斷pod的運行狀態，如果使用其它方式清除容器有可能影響kubelet的正常工作。
03. 鏡像的回收針對node結點上由docker管理的所有鏡像，無論該鏡像是否是在創建pod時pull的。而容器的回收策略只應用於通過kubelet管理的容器。
04. Kubernetes通過kubelet集成的cadvisor進行鏡像的回收，有兩個參數可以設置：--image-gc-high-threshold和--image-gc-low-threshold。當用於存儲鏡像的磁盤使用率達到百分之--image-gc-high-threshold時將觸發鏡像回收，刪除最近最久未使用（LRU，Least Recently Used）的鏡像直到磁盤使用率降為百分之--image-gc-low-threshold或無鏡像可刪為止。默認--image-gc-high-threshold為90，--image-gc-low-threshold為80。
05. 容器的回收有三個參數可設置：--minimum-container-ttl-duration，--maximum-dead-containers-per-container和--maximum-dead-containers。從容器停止運行時起經過--minimum-container-ttl-duration時間后，該容器標記為已過期將來可以被回收（只是標記，不是回收），默認值為1m0s。一般情況下每個pod最多可以保留--maximum-dead-containers-per-container個已停止運行的容器集，默認值為2。整個node節點可以保留--maximum-dead-containers個已停止運行的容器，默認值為100。
06. 如果需要關閉容器的垃圾回收策略，可以將--minimum-container-ttl-duration設為0（表示無限制），--maximum-dead-containers-per-container和--maximum-dead-containers設為負數。
07. --minimum-container-ttl-duration的值可以使用單位后綴，如h表示小時，m表示分鍾，s表示秒。
08. 當--maximum-dead-containers-per-container和--maximum-dead-containers沖突時，--maximum-dead-containers優先考慮。
09. 對於那些由kubelet創建的但由於某些原因導致無名字（<none>）的容器，會在到達GC時間點時被刪除。
10. 回收容器時，按創建時間排序，優先刪除那些創建時間最早的容器。
11. 到達GC時間點時，具體的GC過程如下：1）遍歷所有pod，使其滿足--maximum-dead-containers-per-container；2）經過上一步后如果不滿足--maximum-dead-containers，計算值X=（--maximum-dead-containers）/（pod總數），再遍歷所有pod，使其滿足已停止運行的容器集個數不大於X且至少為1；3）經過以上兩步后如果還不滿足--maximum-dead-containers，則對所有已停止的容器排序，優先刪除創建時間最早的容器直到滿足--maximum-dead-containers為止。
12. 當某個鏡像重新pull或啟動某個pod用到該鏡像時，該鏡像的最近使用時間都會被更新。
13. Kubernetes的垃圾回收在1.1.4版本開始才漸漸完善，之前的版本存在比較多bug甚至不能發揮作用。
14. 關於容器的回收需要特別注意pod的概念，比如，通過同一個yaml文件create一個pod，再delete這個pod，然后再create這個pod，此時之前的那個pod對應的容器並不會作為新創建pod的已停止容器集，因為這兩個pod雖然同名，但已經不是同一個pod了。只有同一個pod中在運行過程中由於意外或其它情況停止的容器才算是這個pod的已停止容器集。
二、Experiments
1. 鏡像回收（使用docker默認--graph參數：/var/lib/docker）
結點上運行的docker設置的參數--graph使用默認的/var/lib/docker，指向/var文件系統，通過df -lh查看目前 /var 磁盤使用率為30%，啟動kubelet設置鏡像回收相關參數如下：
--image-gc-high-threshold=40 --image-gc-low-threshold=35
此時任意創建兩個使用不同鏡像的pod，在node節點上可以看到新pull了三個images（pause鏡像是啟動pod必需的）：
[@tc-151-100 /opt/domeos/openxxs/k8s-1.1.7-flannel]# docker images REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE 10.11.150.76:5000/openxxs/iperf 1.2 1783511c56f8 3 months ago 279 MB 10.11.150.76:5000/centos 7 5ddf34d4d69b 8 months ago 172.2 MB pub.domeos.org/kubernetes/pause latest f9d5de079539 20 months ago 239.8 kB
此時查看/var磁盤使用率達到了41%，然后將使用10.11.150.76:5000/centos:7鏡像的pod刪除，等待GC的鏡像回收時間點。然而五分鍾過去了，什么事情也沒有發生=_=!!。還記得 docker rmi 鏡像時有個前提條件是什么嗎？沒錯，要求使用該鏡像的容器都已經被刪除了才可以。前面刪除pod只是停止了容器，並沒有將容器刪除。因此手工將對應的容器docker rm掉，再等待五分鍾后，可以看到鏡像已經被刪除回收了：
[@tc-151-100 /opt/domeos/openxxs/k8s-1.1.7-flannel]# docker images REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE 10.11.150.76:5000/openxxs/iperf 1.2 1783511c56f8 3 months ago 279 MB pub.domeos.org/kubernetes/pause latest f9d5de079539 20 months ago 239.8 kB
結論：只有相關聯的容器都被停止並刪除回收后，才能將Kubernetes的鏡像垃圾回收策略應用到該鏡像上。
2. 鏡像回收（使用自定義docker --graph參數：/opt/docker）
結點上運行的docker設置的參數--graph指向 /opt 磁盤，通過 df -lh 查看目前 /opt 磁盤使用率為 48% ，啟動 kubelet 設置鏡像回收相關參數如下：
--image-gc-high-threshold=50 --image-gc-low-threshold=40
此時任意創建兩個使用不同鏡像的pod，在node節點上可以看到新pull了三個images：
[@tc-151-100 /opt/domeos/openxxs/k8s-1.1.7-flannel]# docker images REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE 10.11.150.76:5000/openxxs/iperf 1.2 1783511c56f8 3 months ago 279 MB 10.11.150.76:5000/centos 7 5ddf34d4d69b 8 months ago 172.2 MB pub.domeos.org/kubernetes/pause latest f9d5de079539 20 months ago 239.8 kB
此時查看/opt磁盤使用率達到了51%，然后將使用10.11.150.76:5000/centos:7鏡像的pod刪除，手工將對應的容器docker rm掉，等待GC的鏡像回收時間點。然而五分鍾過去了，十分鍾過去了，docker images時centos鏡像依舊頑固地堅守在陣地。
結論：目前Kubernetes的鏡像垃圾回收策略可以在docker --graph參數默認為/var/lib/docker時正常工作，當--graph設置為其它磁盤路徑時還存在bug。
問題反饋在Github的相關issue里（戳這里），可以繼續跟進。
Append: 根據Github上的反饋，這個bug將在后續版本中解決，目前版本需要讓設置了--graph的鏡像垃圾回收生效，在啟動kubelet時還需要加上參數 --docker-root=<docker --graph參數值>。
3. 容器回收之--maximum-dead-containers-per-container參數
啟動kubelet設置容器回收相關參數如下：
--maximum-dead-containers-per-container=1 --minimum-container-ttl-duration=30s --maximum-dead-containers=100
創建一個只包含一個容器且該容器一運行就退出的pod，此時在node節點上可以看到該pod中的容器不斷的創建退出創建退出：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 2fe969499164 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 4 seconds ago Exited (0) 2 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_92e8bd05-e9e6-11e5-974c-782bcb2a316a_68cc6f03 555b5e7a8550 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 24 seconds ago Exited (0) 22 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_92e8bd05-e9e6-11e5-974c-782bcb2a316a_ad4a5e39 94b30a0b32c2 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 34 seconds ago Exited (0) 32 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_92e8bd05-e9e6-11e5-974c-782bcb2a316a_4027e3e1 d458e6a7d396 pub.domeos.org/kubernetes/pause:latest "/pause" 34 seconds ago Up 33 seconds k8s_POD.bdb2e1f5_test-gc-pod-exit_default_92e8bd05-e9e6-11e5-974c-782bcb2a316a_09798975
GC的容器回收時間點到達時，可以看到創建時間大於30秒的已退出容器只剩下一個（pause容器不計算），且先創建的容器被優先刪除：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 5aae6157aeff 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 46 seconds ago Exited (0) 45 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_92e8bd05-e9e6-11e5-974c-782bcb2a316a_f126d2a8 d458e6a7d396 pub.domeos.org/kubernetes/pause:latest "/pause" 2 minutes ago Up 2 minutes k8s_POD.bdb2e1f5_test-gc-pod-exit_default_92e8bd05-e9e6-11e5-974c-782bcb2a316a_09798975
結論：Kubernetes容器垃圾回收的--maximum-dead-containers-per-container參數設置可正常工作。
4. --maximum-dead-containers-per-container針對容器還是容器集
啟動kubelet設置容器回收相關參數如下：
--maximum-dead-containers-per-container=1 --minimum-container-ttl-duration=30s --maximum-dead-containers=100
創建一個包含三個容器且這些容器一運行就退出的pod，此時在node節點上可以看到該pod中的容器不斷的創建退出創建退出：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES dec04bd28a03 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 7 seconds ago Exited (0) 6 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_830a9375 7c94d4a963a7 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 7 seconds ago Exited (0) 6 seconds ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_975d44d3 4f3e7e8ddfd5 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 8 seconds ago Exited (0) 7 seconds ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_d024eb06 cb48cf2ba133 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 12 seconds ago Exited (0) 11 seconds ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_b5ff7373 ec2941f046f0 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 13 seconds ago Exited (0) 12 seconds ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_69b1a996 f831e8ed5687 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 13 seconds ago Exited (0) 12 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_fbc02e2e ee972a4537fc pub.domeos.org/kubernetes/pause:latest "/pause" 14 seconds ago Up 13 seconds k8s_POD.bdb2e1f5_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_85b3c032
GC的容器回收時間點到達時，可以看到創建時間大於30秒的已退出容器剩下三個（pause容器不計算），且這三個容器正好是一組：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES e4351e6855ae 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 51 seconds ago Exited (0) 50 seconds ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_263dd820 990baa6e6a7a 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 52 seconds ago Exited (0) 51 seconds ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_b16b5eaa c6916fb06d65 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 53 seconds ago Exited (0) 51 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_1d8ea284 ee972a4537fc pub.domeos.org/kubernetes/pause:latest "/pause" About a minute ago Up About a minute k8s_POD.bdb2e1f5_test-gc-pod-exit_default_d1677c09-e9e7-11e5-974c-782bcb2a316a_85b3c032
結論：--maximum-dead-containers-per-container的計數針對一個pod內的容器集而不是容器的個數。
5. 容器回收之--maximum-dead-containers參數
啟動kubelet設置容器回收相關參數如下：
--maximum-dead-containers-per-container=2 --minimum-container-ttl-duration=30s --maximum-dead-containers=3
創建一個包含三個容器的pod，再刪除該pod，再創建該pod，再刪除該pod，這樣就產生了8個已退出容器（包括兩個pause容器）：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES a28625d189df 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 1 seconds ago Exited (0) Less than a second ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_48c11200 97aca44f0deb 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 2 seconds ago Exited (0) 1 seconds ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_df34f48d 4e57b6c839ae 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 3 seconds ago Exited (0) 2 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_afd622b2 12588fce1433 pub.domeos.org/kubernetes/pause:latest "/pause" 3 seconds ago Exited (2) Less than a second ago k8s_POD.bdb2e1f5_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_c9d4cbaa 621ed207d452 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 4 seconds ago Exited (0) 3 seconds ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_c5cbddbb-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_a91278cd 023c10fad4fd 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 5 seconds ago Exited (0) 4 seconds ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_c5cbddbb-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_6cc03f37 756eb7bb4b53 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 5 seconds ago Exited (0) 4 seconds ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_c5cbddbb-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_83312ec2 d54bdc22773e pub.domeos.org/kubernetes/pause:latest "/pause" 6 seconds ago Exited (2) 3 seconds ago k8s_POD.bdb2e1f5_test-gc-pod-exit_default_c5cbddbb-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_ccb57220
GC的容器回收時間點到達時，可以看到已退出容器只剩下了三個，pause容器也被回收了：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES a28625d189df 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 2 minutes ago Exited (0) 2 minutes ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_48c11200 97aca44f0deb 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 2 minutes ago Exited (0) 2 minutes ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_df34f48d 4e57b6c839ae 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 2 minutes ago Exited (0) 2 minutes ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_afd622b2
結論：Kubernetes容器垃圾回收的--maximum-dead-containers參數設置可正常工作；pause容器也作為可回收容器被管理着；Tips第11條第3）點。
6. --maximum-dead-containers對於非kubelet管理的容器是否計數
在第5個實驗的基礎上，手工創建一個container，等待GC的容器回收時間點到達，一分鍾過去了，兩分鍾過去了，docker ps -a 顯示的依然是4個容器：
[@tc-151-100 /home/domeos]# docker run -it 10.11.150.76:5000/openxxs/iperf:1.2 /bin/sh sh-4.2# exit exit [@tc-151-100 /home/domeos]# docker ps -a CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 939b932dc7db 10.11.150.76:5000/openxxs/iperf:1.2 "/bin/sh" 2 minutes ago Exited (0) 2 minutes ago backstabbing_aryabhata a28625d189df 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 12 minutes ago Exited (0) 12 minutes ago k8s_iperf3.5c8de29f_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_48c11200 97aca44f0deb 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 12 minutes ago Exited (0) 12 minutes ago k8s_iperf2.5a36e29e_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_df34f48d 4e57b6c839ae 10.11.150.76:5000/centos:7 "/bin/bash" 12 minutes ago Exited (0) 12 minutes ago k8s_iperf1.57dfe29d_test-gc-pod-exit_default_c7612b59-e9ee-11e5-974c-782bcb2a316a_afd622b2
結論：Kubernetes容器垃圾回收的策略不適用於非kubelet管理的容器。