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Kubernetes的彈性伸縮用法

如果我們?nèi)斯けO(jiān)控pods，人工進(jìn)行調(diào)整副本那么這個工作量無疑是巨大的，但kubernetes已經(jīng)有了相應(yīng)的機(jī)制來應(yīng)對了。

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###HPA全稱Horizontal Pod Autoscaler控制器工作流程（V1版本）

更詳細(xì)的介紹參考官方文檔Horizontal Pod Autoscaler

  • 流程

    1. 創(chuàng)建HPA資源對象，關(guān)聯(lián)對應(yīng)資源例如Deployment，設(shè)定目標(biāo)CPU使用率閾值，最大，最小replica數(shù)量。
      前提：pod一定要設(shè)置資源限制，參數(shù)request，HPA才會工作。
    2. HPA控制器每隔15秒鐘（可以通過設(shè)置controller manager的–horizontal-pod-autoscaler-sync-period參數(shù)設(shè)定，默認(rèn)15s）通過觀測metrics值獲取資源使用信息
    3. HPA控制器將獲取資源使用信息與HPA設(shè)定值進(jìn)行對比，計(jì)算出需要調(diào)整的副本數(shù)量
    4. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整副本數(shù)量，使得單個POD的CPU使用率盡量逼近期望值，但不能照顧設(shè)定的最大，最小值。
    5. 以上2,3,4周期循環(huán)
  • 周期
    1. HPA控制器觀測資源使用率并作出決策是有周期的，執(zhí)行是需要時間的，在執(zhí)行自動伸縮過程中metrics不是靜止不變的，可能降低或者升高，如果執(zhí)行太頻繁可能導(dǎo)致資源的使用快速抖動，因此控制器每次決策后的一段時間內(nèi)不再進(jìn)行新的決策。對于擴(kuò)容這個時間是3分鐘，縮容則是5分鐘，對應(yīng)調(diào)整參數(shù)
      --horizontal-pod-autoscaler-downscale-delay
--horizontal-pod-autoscaler-upscale-delay
    2. 自動伸縮不是一次到位的，而是逐漸逼近計(jì)算值，每次調(diào)整不超過當(dāng)前副本數(shù)量的2倍或者1/2
      本記錄是對kubernetes HPA功能的驗(yàn)證，參考kubernetes官方文檔，使用的是官方文檔提供的鏡像php-apache進(jìn)行測試。
  • metrics server
    kubernetes集群需要配置好metrics server，配置參考文檔Kubernetes部署metrics-server

###配置HPA實(shí)現(xiàn)應(yīng)用橫向擴(kuò)展

  1. 配置啟動deployment：php-apache
    cat hpa-deployment.ymal

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: php-apache
labels:
app: hpa-test
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
name: php-apache
app: hpa-test
template:
metadata:
labels:
name: php-apache
app: hpa-test
spec:
containers:

  • name: php-apache
    image: mirrorgooglecontainers/hpa-example:latest
    ports:
    • containerPort: 80
      name: http
      protocol: TCP
      resources:
      requests:
      cpu: 0.005
      memory: 64Mi
      limits:
      cpu: 0.05
      memory: 128Mi
      2. 配置service: php-apache-svc

      cat hpa-svc.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: php-apache-svc
labels:
app: hpa-test
spec:
selector:
name: php-apache
app: hpa-test
ports:

  • name: http
    port: 80
    protocol: TCP
    3. 配置hpa:php-apache-hpa

    cat hpa-hpa.yaml
    apiVersion: autoscaling/v1
    kind: HorizontalPodAutoscaler
    metadata:
    name: php-apache-hpa
    labels:
    app: hpa-test
    spec:
    scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: php-apache
    minReplicas: 1
    maxReplicas: 10
    targetCPUUtilizationPercentage: 50

    4. 啟動deployment,service,hpa,并驗(yàn)證

    kubectl apply -f ./

    deployment.apps/php-apache configured
    service/php-apache-svc unchanged
    horizontalpodautoscaler.autoscaling/php-apache-hpa unchanged

kubectl get all

NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/php-apache-6b9f498dc4-vwlfr   1/1     Running   0          3h24m

NAME                     TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes       ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP   7d20h
service/php-apache-svc   ClusterIP   10.104.34.168   <none>        80/TCP    3h24m

NAME                         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/php-apache   1/1     1            1           3h24m

NAME                                    DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/php-apache-6b9f498dc4   1         1         1       3h24m

NAME                                                 REFERENCE               TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
horizontalpodautoscaler.autoscaling/php-apache-hpa   Deployment/php-apache   20%/50%   1         10        1          3h24m

###壓力測試，觀察HPA效果
>1.生成一個壓測客戶端，持續(xù)壓力測試

kubectl run --generator=run-pod/v1 -i --tty load-generator --image=busybox /bin/sh

while true; do wget -q -O- http://php-apache-svc.default.svc.cluster.local; done

OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!

>2.壓測一下，觀察結(jié)果

kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS    MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   800%/50%   1         10        1          27m

kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS     MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   1000%/50%   1         10        2          27m

kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS     MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   1000%/50%   1         10        4          27m

kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS     MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   1000%/50%   1         10        8          27m

kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS    MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   120%/50%   1         10        10         27m

kubectl get deployment php-apache
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
php-apache   10/10   10           10          28m

#####結(jié)論：隨著壓力測試進(jìn)行，deployment下pod的CPU使用率增加，超過HPA設(shè)定的百分比50%,之后逐次翻倍擴(kuò)容replicaset。達(dá)到上限停止擴(kuò)容。根據(jù)replicaset設(shè)置的request QoS逐漸穩(wěn)定資源的使用率。

>3.停止壓測

while true; do wget -q -O- http://php-apache-svc.default.svc.cluster.local; done
OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!OK!wget: can't connect to remote host (10.104.63.73): Connection refused
OK!OK!OK!OK!OK!OK!........OK!OK!OK! ^C
/ # exit
/ # Session ended, resume using 'kubectl attach load-generator -c load-generator -i -t' command when the pod is running

#####CPU使用率恢復(fù)到最初值20%，controller會周期觀測，逐次縮容到最小值。

kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   20%/50%   1         10        10         36m

#等待幾分鐘之后(默認(rèn)5分鐘)，原因:
kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   20%/50%   1         10        4          41m

#再次等待幾分鐘后(默認(rèn)5分鐘)
kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   20%/50%   1         10        2          46m

#再次等待幾分鐘后（默認(rèn)5分鐘），穩(wěn)定在最小副本數(shù)量
kubectl get hpa
NAME             REFERENCE               TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php-apache-hpa   Deployment/php-apache   20%/50%   1         10        1          53m

###其他
以上測試驗(yàn)證了HPA功能，使用的API版本是autoscaling/v1。通過kubectl api-versions可以查看到存在3個版本。v1版本只支持CPU，v2beta2版本支持多metrics(CPU，memory)以及自定義metrics。基于autoscaling/v2beta2的hpa yaml文件寫法

apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
name: php-apache-hpa
labels:
app: hpa-test
spec:
scaleTargetRef:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
name: php-apache
minReplicas: 1
maxReplicas: 10
metrics:

  • type: Resource
    resource:
    name: cpu
    target:
    type: Utilization
    averageUtilization: 50

名稱欄目：Kubernetes的彈性伸縮用法
當(dāng)前鏈接：http://chinadenli.net/article2/ppdcic.html

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