垃圾收集

Kubernetes 垃圾收集器（Garbage Collector）是集群中的重要组件，负责清理失去所有者关系的孤儿对象。掌握垃圾收集机制对于高效管理 Kubernetes 资源、避免资源泄漏至关重要。

Owner 和 Dependent 对象关系

核心概念

在 Kubernetes 中，对象之间存在所有权关系：

  • Owner 对象：拥有其他对象的资源
  • Dependent 对象：被其他对象拥有的资源

常见的所有权关系包括：

Owner 对象Dependent 对象
DeploymentReplicaSet
ReplicaSetPod
ServiceEndpoints
JobPod
StatefulSetPod

每个 Dependent 对象都有一个 metadata.ownerReferences 字段，指向其 Owner 对象。

ownerReference 字段结构

ownerReferences:
- apiVersion: apps/v1
  kind: ReplicaSet
  name: my-repset
  uid: d9607e19-f88f-11e6-a518-42010a800195
  controller: true
  blockOwnerDeletion: true

字段说明：

  • apiVersion：Owner 对象的 API 版本
  • kind：Owner 对象的类型
  • name：Owner 对象的名称
  • uid：Owner 对象的唯一标识符
  • controller：是否为控制器管理的对象
  • blockOwnerDeletion：是否阻止 Owner 对象删除

自动设置 ownerReference

Kubernetes 在以下场景自动设置 ownerReference：

  1. 控制器管理的对象

    • ReplicationController、ReplicaSet、Deployment
    • StatefulSet、DaemonSet
    • Job、CronJob

  2. 服务发现相关

    • Service 创建的 Endpoints
    • Ingress 相关的资源

  3. 存储相关

    • PersistentVolumeClaim 和 PersistentVolume 的关系

实践示例

创建一个 ReplicaSet 来观察 ownerReference 的设置：

# my-repset.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: my-repset
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: gc-demo
  template:
    metadata:
      labels:
        app: gc-demo
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        resources:
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "500m"

部署并查看 ownerReference：

# 创建 ReplicaSet
kubectl apply -f my-repset.yaml

# 查看 Pod 的 ownerReference
kubectl get pods -l app=gc-demo -o yaml | grep -A 8 ownerReferences

# 查看详细信息
kubectl describe pod <pod-name>

级联删除策略

删除 Owner 对象时，可以通过不同的级联删除策略控制 Dependent 对象的处理方式。

Background 级联删除

默认策略，适用于大多数场景。

  • 执行流程：

    1. 立即删除 Owner 对象
    2. 垃圾收集器在后台异步删除 Dependent 对象
    3. Owner 对象从 API 服务器中立即移除

  • 优势：删除速度快，不阻塞操作

  • 适用场景：日常资源清理、快速释放资源

Foreground 级联删除

顺序删除，确保完全清理。

  • 执行流程：

    1. Owner 对象进入"删除中"状态
    2. 设置 deletionTimestamp 字段
    3. 添加 foregroundDeletion finalizer
    4. 等待所有 Dependent 对象删除完成
    5. 最后删除 Owner 对象

  • 特点：

    • Owner 对象在删除过程中仍可通过 API 访问
    • 确保子资源完全清理
    • 删除时间较长

  • 适用场景：需要确保完全清理的关键资源

Orphan 策略

孤儿模式，保留子资源。

  • 执行流程：

    1. 删除 Owner 对象
    2. 清空 Dependent 对象的 ownerReferences 字段
    3. Dependent 对象成为孤儿，继续存在

  • 适用场景：

    • 需要保留子资源的场景
    • 资源迁移和重构
    • 手动管理子资源

删除策略实际操作

使用 kubectl 命令

# 默认级联删除（Background 模式）
kubectl delete replicaset my-repset

# 显式指定 Background 模式
kubectl delete replicaset my-repset --cascade=background

# Foreground 模式
kubectl delete replicaset my-repset --cascade=foreground

# Orphan 模式
kubectl delete replicaset my-repset --cascade=orphan

使用 YAML 文件控制

# delete-options.yaml
apiVersion: v1
kind: DeleteOptions
propagationPolicy: Foreground

kubectl delete -f my-repset.yaml --delete-options=./delete-options.yaml

使用 API 直接控制

# 启动代理
kubectl proxy --port=8080 &

# Background 删除
curl -X DELETE localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/my-repset \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Background"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

# Foreground 删除
curl -X DELETE localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/my-repset \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Foreground"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

# Orphan 删除
curl -X DELETE localhost:8080/apis/apps/v1/namespaces/default/replicasets/my-repset \
  -d '{"kind":"DeleteOptions","apiVersion":"v1","propagationPolicy":"Orphan"}' \
  -H "Content-Type: application/json"

高级特性

blockOwnerDeletion 机制

blockOwnerDeletion 字段控制是否阻止 Owner 对象的删除：

ownerReferences:
- apiVersion: apps/v1
  kind: ReplicaSet
  name: my-repset
  uid: d9607e19-f88f-11e6-a518-42010a800195
  controller: true
  blockOwnerDeletion: true  # 阻止 Owner 删除
  • 生效条件：仅在 Foreground 删除模式下生效
  • 自动设置：Kubernetes 自动为控制器管理的对象设置
  • 权限控制：需要相应的 RBAC 权限

Finalizers 与垃圾收集

Finalizers 是防止对象被删除的机制：

metadata:
  finalizers:
  - kubernetes.io/pv-protection
  - custom-finalizer

查看和管理 finalizers：

# 查看对象的 finalizers
kubectl get pv <pv-name> -o yaml | grep -A 5 finalizers

# 移除 finalizer（谨慎操作）
kubectl patch pv <pv-name> -p '{"metadata":{"finalizers":null}}'

最佳实践

选择合适的删除策略

  1. 日常运维：使用 Background 删除（默认）
  2. 生产环境清理：使用 Foreground 删除确保完全清理
  3. 资源迁移：使用 Orphan 删除保留子资源
  4. 紧急情况：使用 Background 删除快速释放资源

监控和观察

# 监控垃圾收集器状态
kubectl get events --field-selector reason=SuccessfulDelete

# 查看孤儿对象
kubectl get pods --all-namespaces -o custom-columns=NAME:.metadata.name,NAMESPACE:.metadata.namespace,OWNER:.metadata.ownerReferences[0].name

# 检查长时间未删除的对象
kubectl get all --show-labels | grep deletionTimestamp

权限配置

确保垃圾收集器有足够权限：

# gc-rbac.yaml
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: system:gc-controller
rules:
- apiGroups: ["*"]
  resources: ["*"]
  verbs: ["list", "watch", "delete"]

性能优化

  1. 批量删除：使用标签选择器批量删除相关对象
  2. 定期清理：定期清理孤儿对象和无用资源
  3. 监控指标：监控垃圾收集器的性能指标

故障排查

常见问题及解决方案

  1. 对象无法删除

    # 检查 finalizers
kubectl get <resource> <name> -o yaml | grep -A 5 finalizers

# 检查 blockOwnerDeletion
kubectl get <resource> <name> -o yaml | grep -A 10 ownerReferences

  2. 删除时间过长

    # 查看删除进度
kubectl get events --field-selector involvedObject.name=<name>

# 检查 Dependent 对象状态
kubectl get all -l <label-selector>

  3. 孤儿对象累积

    # 查找孤儿对象
kubectl get pods -o json | jq '.items[] | select(.metadata.ownerReferences == null)'

# 清理孤儿对象
kubectl delete pods -l <label-selector> --cascade=orphan

调试工具

# 查看垃圾收集器日志
kubectl logs -n kube-system kube-controller-manager-<node-name> | grep garbage

# 查看对象删除历史
kubectl get events --sort-by='.lastTimestamp' | grep Delete

# 检查对象依赖关系
kubectl get <resource> <name> -o yaml | yq '.metadata.ownerReferences'

通过理解和正确使用 Kubernetes 垃圾收集机制，可以有效管理集群资源，避免资源泄漏，确保集群的稳定运行。

发布于: 2022/05/21 • 最后更新: 2025/07/13 • 编辑页面

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