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將節點設為使用磁碟空間做為虛擬記憶體

標準

Google Kubernetes Engine (GKE) 節點記憶體交換功能可讓 GKE 節點在實體記憶體用盡時，將磁碟空間做為虛擬記憶體使用。節點記憶體交換功能可提升應用程式韌性，並防止特定工作負載發生記憶體不足 (OOM) 錯誤。

使用節點記憶體交換的時機

使用節點記憶體交換功能，為記憶體密集型應用程式提供緩衝區，防止發生 OOM 錯誤，尤其是在用量意外激增時。節點記憶體交換功能可提升工作負載彈性，例如在下列情況：

執行記憶體模式難以預測的工作負載。
降低應用程式因節點記憶體耗盡而停止運作的風險。
避免為了因應偶爾出現的高峰而過度佈建記憶體，進而降低成本。

節點記憶體交換的運作方式

啟用節點記憶體交換功能後，GKE 會設定節點的作業系統，將磁碟空間做為虛擬記憶體使用。這個程序可為暫時面臨記憶體壓力的應用程式提供緩衝。

GKE 會根據容器的記憶體資源限制和節點的總記憶體，計算容器交換限制。

您可以在不同儲存空間類型上設定 swap，平衡效能和成本：

開機磁碟：使用節點的開機磁碟做為交換空間。
本機暫時 SSD：使用與 Pod 暫時儲存空間共用的本機 SSD。如果節點使用混合本機 SSD 容量，swap 只會使用本機 SSD 的臨時儲存空間部分。
專用本機 SSD：保留一或多個本機 SSD，專門用於交換。

為保護機密資料，GKE 預設會使用臨時金鑰加密交換空間。

需求條件和限制

節點記憶體交換有下列需求條件和限制：

GKE 叢集必須為 1.34.1-gke.1341000 以上版本。
只有具備 Burstable 服務品質 (QoS) 類別的 Pod 才能使用節點記憶體交換。如要進一步瞭解 QoS 類別，請參閱 Kubernetes 說明文件中的 Pod 服務品質類別。
如要調整容器的記憶體資源大小，必須將容器大小調整政策設為 RestartContainer。
如果將節點記憶體交換設定為使用開機磁碟，交換大小不得超過開機磁碟總容量的 50%。

如果將節點記憶體交換設為使用本機 SSD，請務必符合下列規定：

機器類型必須支援本機 SSD。您只能使用佈建為臨時儲存空間或混合儲存空間的本機 SSD。您無法使用佈建為原始區塊裝置儲存空間的本機 SSD。如要查看這個模式支援的交換設定檔清單，請參閱「混合本機 SSD 容量的節點記憶體交換」。
節點必須佈建本機 SSD。佈建方法取決於機器系列：
- 如果是第一代或第二代機器系列，請設定 --ephemeral-storage-local-ssd=count 旗標。
- 如果是第三或第四代機器系列，請選擇與本機 SSD 綁定的機型。
預設的 e2-medium 機器類型不支援本機 SSD，因此您必須選取其他機器類型。
如要瞭解如何建立或更新叢集，以便佈建本機 SSD，請參閱「佈建及使用本機 SSD 支援的臨時儲存空間」。

最佳做法

節點記憶體交換功能是為了因應無法預測的記憶體用量激增，而非取代充足的實體記憶體。如需最佳化工作負載的指引，請參閱「大規模調整 GKE 工作負載」。

使用節點記憶體交換時，也請考量下列最佳做法：

如要隔離啟用節點記憶體交換功能的節點，請對節點集區套用污點 (例如 gke-swap=enabled:NoSchedule)，並為要使用交換功能的特定工作負載新增對應的容忍度。
適當調整節點記憶體交換空間的大小。如果節點記憶體不足，交換空間可能無法防止 OOM 錯誤，且過度使用可能會降低效能。
監控工作負載的節點記憶體交換使用情形。如果經常使用節點記憶體交換，可能代表記憶體壓力過大。

事前準備

開始之前，請確認您已執行下列工作：

啟用 Google Kubernetes Engine API。

啟用 Google Kubernetes Engine API

如要使用 Google Cloud CLI 執行這項工作，請安裝並初始化 gcloud CLI。如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update 指令，取得最新版本。較舊的 gcloud CLI 版本可能不支援執行本文件中的指令。
注意：如果已安裝 gcloud CLI，請務必設定 compute/region 屬性。如果您主要使用可用區叢集，請改為設定 compute/zone。設定預設位置後，即可避免 gcloud CLI 發生錯誤，例如：One of [--zone, --region] must be supplied: Please specify location。如果叢集位置與您設定的預設位置不同，您可能需要在特定指令中指定位置。

啟用節點記憶體交換

您可以依叢集或節點集區啟用節點記憶體交換功能。如要啟用節點記憶體交換功能，請建立或更新 system-config.yaml 檔案，並在其中加入所需的節點記憶體交換設定。以下範例會啟用節點記憶體交換功能，並採用預設設定：

linuxConfig:
  swapConfig:
    enabled: true

您可以調整其他設定。以下範例會設定未加密的交換空間，使用 30% 的暫時性本機 SSD 儲存空間：

linuxConfig:
  swapConfig:
    enabled: true
    encryptionConfig:
      disabled: true
    ephemeralLocalSsdProfile:
      swapSizePercent: 30

如需可設定的選項欄位清單，請參閱 LinuxNodeConfig API 說明文件。

在叢集啟用節點記憶體交換

如要在叢集啟用節點記憶體交換功能，請完成下列任一步驟：

如要建立啟用節點記憶體交換功能的新叢集，請執行下列指令：
```
gcloud container clusters create CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --cluster-version=1.34.1-gke.1341000 \
    --system-config-from-file=system-config.yaml
```
更改下列內容：
- CLUSTER_NAME：新叢集的名稱。
- LOCATION：叢集所在的區域或可用區。
注意： 如要為第一代和第二代機型設定本機 SSD，請傳遞 --ephemeral-storage-local-ssd 旗標。
如要更新現有叢集，啟用節點記憶體交換功能，請執行下列指令：
```
gcloud container clusters update CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --system-config-from-file=system-config.yaml
```
更改下列內容：
- CLUSTER_NAME：新叢集的名稱。
- LOCATION：叢集所在的區域或可用區。

啟用節點集區的節點記憶體交換功能

如要在節點集區啟用節點記憶體交換，請完成下列任一步驟：

如要建立新的節點集區，並啟用節點記憶體交換功能，請執行下列指令：
```
gcloud container node-pools create NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --node-version=1.34.1-gke.1293000 \
    --system-config-from-file=system-config.yaml \
    --machine-type=MACHINE_TYPE
```
更改下列內容：
- NODEPOOL_NAME：新節點集區的名稱。
- CLUSTER_NAME：叢集名稱。
- LOCATION：叢集所在的區域或可用區。
- MACHINE_TYPE：相容的機型。如要使用本機 SSD，請務必選擇隨附本機 SSD 的機型，例如 n1-standard-1。
注意： 如要為第一代和第二代機型設定本機 SSD，請傳遞 --ephemeral-storage-local-ssd 旗標。
如要更新現有節點集區，啟用節點記憶體交換功能，請執行下列指令：
```
gcloud container node-pools update NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --system-config-from-file=system-config.yaml
```
更改下列內容：
- NODEPOOL_NAME：節點集區的名稱。
- CLUSTER_NAME：叢集名稱。
- LOCATION：叢集所在的區域或可用區。

驗證設定

如要確認節點記憶體交換功能已啟用，請完成下列步驟：

執行下列指令，確認 system-config.yaml 已套用 swapConfig 設定：

gcloud container node-pools describe NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --format='yaml(config.linuxNodeConfig.swapConfig)'

執行下列指令，確認節點上有 kubelet 設定：

kubectl get --raw "/api/v1/nodes/NODE_NAME/proxy/configz" | jq .kubeletconfig.memorySwap

監控記憶體交換使用情形

您可以使用 Cloud Monitoring 或 kubectl 監控節點記憶體。

監控

根據預設，您可以使用下列系統指標觀察 swap 使用情形：

kubernetes.io/node/memory/swap_used_bytes
kubernetes.io/container/memory/swap_used_bytes

GKE 也會透過 cAdvisor 提供容器層級的 Swap 使用量指標。如要使用這些指標，請在叢集上啟用 cAdvisor：

prometheus.googleapis.com/container_memory_swap/gauge

kubectl

如要使用 kubectl 指令監控交換空間用量，請完成下列步驟：

執行下列指令，檢查節點物件的 SwapDetected 條件：

kubectl get node NODE_NAME -o jsonpath='{.status.conditions[?(@.type=="Swap")]}' | jq .

輸出結果會與下列內容相似：

{
  "lastHeartbeatTime": "2025-07-11T00:14:52Z",
  "lastTransitionTime": "2025-06-25T05:20:10Z",
  "message": "Swap is active: Total=49Gi Used=0B Free=49Gi",
  "reason": "SwapDetected",
  "status": "True",
  "type": "Swap"
}

執行下列指令，檢查交換容量：

kubectl get node NODE_NAME -o jsonpath='{.status.nodeInfo.swap}'

輸出結果會與下列內容相似：

{"capacity":53687087104}

節點記憶體交換，具備混合本機 SSD 容量

您可以在佈建混合本機 SSD 的節點集區上啟用節點記憶體交換功能。GKE 支援下列 swap 設定檔：

開機磁碟 (bootDiskProfile)
暫時性本機 SSD (ephemeralLocalSsdProfile)：GKE 會從本機 SSD 的暫時性儲存空間部分分配 swap 空間，而非從原始區塊分區分配。

GKE 不支援混合本機 SSD 的專用本機 SSD 交換設定檔 (dedicatedLocalSsdProfile)。

如果使用暫時性本機 SSD 設定檔，請注意下列事項：

swapSizePercent 欄位是您使用 capacity 子欄位設定的臨時容量百分比，而非實體本機 SSD 總容量。舉例來說，如果設定為 capacity=200GB 和 swapSizePercent: 20，GKE 會分配 40 GiB 的 swap。
交換空間會減少 Pod 可用的臨時儲存空間。GKE 會從暫時容量中扣除 swap 大小，計算出預留的暫時儲存空間。
交換空間大小不得超過臨時容量的 80%，且須扣除 GKE 預留給系統使用的臨時儲存空間。如果臨時容量太小，無法容納 swap，要求就會失敗。

下列 system-config.yaml 檔案範例會將 20% 的臨時容量分配給 swap：

linuxConfig:
  swapConfig:
    enabled: true
    ephemeralLocalSsdProfile:
      swapSizePercent: 20

如要建立混合本機 SSD 容量和節點記憶體交換的節點集區，請執行下列指令：

gcloud container node-pools create POOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --machine-type=MACHINE_TYPE \
    --ephemeral-storage-local-ssd count=NUMBER_OF_DISKS,capacity=CAPACITY \
    --system-config-from-file=system-config.yaml

更改下列內容：

POOL_NAME：要建立的新節點集區名稱。
CLUSTER_NAME：叢集名稱。
MACHINE_TYPE：要使用的機器類型。本機 SSD 無法與預設的 e2-medium 機型搭配使用，因為共用核心機型不支援本機 SSD。
NUMBER_OF_DISKS：要在各節點佈建的本機 SSD 磁碟數量。
CAPACITY：要格式化為臨時儲存空間的本機 SSD 總容量。這個值必須大於 0，且絕對小於實體本機 SSD 總容量 (磁碟數量 × 每個磁碟的大小)，例如 200GB。

停用節點記憶體交換

如要停用節點記憶體交換，請完成下列步驟，更新 system-config.yaml 檔案：

更新 system-config.yaml 檔案，將 swapConfig.enabled 設為 false：
```
linuxConfig:
  swapConfig:
    enabled: false
```

使用新設定更新節點集區：

gcloud container node-pools update NODEPOOL_NAME \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --location=LOCATION \
    --system-config-from-file=system-config.yaml

後續步驟

進一步瞭解如何自訂節點系統設定。
進一步瞭解 GKE 儲存空間選項。