HPA 弹性伸缩

在k8s中，我们使用pod对外提供服务，这个时候，需要以下两种情形需要关注：

• pod因为不明原因挂掉，导致服务不可用
• pod在高负载的情况下，不能支持我们的服务

如果人工监控pods，人工调整副本，那么这个工作量无疑是巨大的，但是k8s已经有了相应的机制来对应了。

HPA 弹性伸缩 (Horizontal Pod Autoscaler)

PHA

• HPA全称是Horizontal Pod Autoscaler，中文意思是POD水平自动伸缩.

• 可以基于 CPU 利用率自动扩缩 ReplicationController、Deployment、ReplicaSet 和 StatefulSet 中的 Pod 数量

• 除了 CPU 利用率，内存占用外，也可以基于其他应程序提供的自定义度量指标来执行自动扩缩。

• Pod 自动扩缩不适用于无法扩缩的对象，比如 DaemonSet。

• Pod 水平自动扩缩特性由 Kubernetes API 资源和控制器实现。资源决定了控制器的行为。

• 控制器会周期性的调整副本控制器或 Deployment 中的副本数量，以使得 Pod 的平均 CPU 利用率与用户所设定的目标值匹配。

 

PHA工作机制

HorizontalPodAutoscaler 控制 Deployment 及其 ReplicaSet 的规模

Kubernetes 将水平 Pod 自动扩缩实现为一个间歇运行的控制回路（它不是一个连续的过程）。间隔由 kube-controller-manager 的 --horizontal-pod-autoscaler-sync-period 参数设置（默认间隔为 15 秒）。

在每个时间段内，控制器管理器都会根据每个 HorizontalPodAutoscaler 定义中指定的指标查询资源利用率。 控制器管理器找到由 scaleTargetRef 定义的目标资源，然后根据目标资源的 .spec.selector 标签选择 Pod， 并从资源指标 API（针对每个 Pod 的资源指标）或自定义指标获取指标 API（适用于所有其他指标）。

• 对于按 Pod 统计的资源指标（如 CPU），控制器从资源指标 API 中获取每一个 HorizontalPodAutoscaler 指定的 Pod 的度量值，如果设置了目标使用率，控制器获取每个 Pod 中的容器资源使用情况， 并计算资源使用率。如果设置了 target 值，将直接使用原始数据（不再计算百分比）。 接下来，控制器根据平均的资源使用率或原始值计算出扩缩的比例，进而计算出目标副本数。
• 如果 Pod 使用自定义指示，控制器机制与资源指标类似，区别在于自定义指标只使用原始值，而不是使用率。
• 如果 Pod 使用对象指标和外部指标（每个指标描述一个对象信息）。 这个指标将直接根据目标设定值相比较，并生成一个上面提到的扩缩比例。 在 autoscaling/v2 版本 API 中，这个指标也可以根据 Pod 数量平分后再计算。

PHA的常见用途是将其配置为从聚合API（metrics.k8s.io、custom.metrics.k8s.io 或 external.metrics.k8s.io）获取指标。 metrics.k8s.io API 通常由名为 Metrics Server 的插件提供，需要单独启动。

PHA控制器访问支持扩缩容的相应工作负载资源，如：Deployment和StatefulSet。 这些资源每一个都有一个scale的子资源，该接口允许你动态设置副本的数量并检查他们的每个当前状态。

算法：

期望副本数 = ceil[当前副本数 * (当前指标 / 期望指标)]

HPA API对象

HPA的API有三个版本

APA版本	描述
autoscaling/v1	只支持基于CPU指标的缩放
autoscaling/v2beta1	支持Resource Metrics（资源指标，如pod的CPU）和Custom Metrics（自定义指标）的缩放；
autoscaling/v2beta2	支持Resource Metrics（资源指标，如pod的CPU）和Custom Metrics（自定义指标）和ExternalMetrics（额外指标）的缩放。

kubectl对HPA的支持

通过 kubectl create 命令创建一个 HPA 对象
通过 kubectl get hpa 命令来获取所有 HPA 对象
通过 kubectl describe hpa 命令来查看 HPA 对象的详细信息
通过 kubectl delete hpa 命令删除对象。
#将会为名 为 foo 的 ReplicationSet 创建一个 HPA 对象， 目标 CPU 使用率为 80%，副本数量配置为 2 到 5 之间
kubectl autoscale rs foo --min=2 --max=5 --cpu-percent=80

 PHA演示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: php
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: php-apache
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        run: php-apache
    spec:
      containers:
      - name: php-apache
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          limits:
            cpu: 500m
          requests:
            cpu: 200m
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: php-apache
  labels:
    run: php-apache
spec:
  ports:
  - port: 80
  selector:
    run: php

查看命令：

[root@k8s-master01 ns-slx-study]# kubectl get hpa
NAME   REFERENCE        TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
php    Deployment/php   0%/50%    1         10        3

找到pod对应的ip:

[root@k8s-master01 ns-slx-study]# kubectl get pod -o wide
NAME                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE           NOMINATED NODE   READINESS GATES
busybox                1/1     Running   0          21m     172.25.3.208     k8-node1       <none>           <none>
php-5b6df965db-7rx5j   1/1     Running   0          9m20s   172.25.244.225   k8s-master01   <none>           <none>
php-5b6df965db-vvjd6   1/1     Running   0          9m15s   172.29.131.33    k8s-node2      <none>           <none>

增加负载：

kubectl run -i --tty load-generator --rm --image=busybox:1.28 --restart=Never -- /bin/sh -c "while sleep 0.01; do wget -q -O- http://172.29.131.33; done

然后观察hpa的状态：

kubectl get hpa php --watch

就会看到自动水平扩容，然后停掉压测，之后就会慢慢的回到初始状态

还有其他事情，详细可以参考： HorizontalPodAutoscaler 演练 | Kubernetes