K8S HPA自动扩容和伸缩Pod

Kubernetes对Pod的扩缩容操作提供了手动和自动两种模式，手动模式通过执行kubectl scale命令或通过RESTful API对一个Deployment/RC进行Pod副本数量的设置。自动模式则需要用户根据某个性能指标或者自定义业务指标，并指定Pod副本数量的范围，系统将自动在这个范围内根据性能指标的变化进行调整。

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1.手动库容pod 至5ge

2.自动扩容

Kubernetes使用Horizontal Pod Autoscaler（HPA）的控制器实现基于CPU使用率进行自动Pod扩缩容的功能。HPA控制器基于Master的kube-controller-manager服务启动参数--horizontal-pod-autoscaler-sync-period定义的探测周期（默认值为15s），周期性地监测目标Pod的资源性能指标，并与HPA资源对象中的扩缩容条件进行对比，在满足条件时对Pod副本数量进行调整。

HPA原理

Kubernetes中的某个Metrics Server（Heapster或自定义MetricsServer）持续采集所有Pod副本的指标数据。HPA控制器通过Metrics Server的API（Heapster的API或聚合API）获取这些数据，基于用户定义的扩缩容规则进行计算，得到目标Pod副本数量。

当目标Pod副本数量与当前副本数量不同时，HPA控制器就向Pod的副本控制器（Deployment、RC或ReplicaSet）发起scale操作，调整Pod的副本数量，完成扩缩容操作。

HPA指标类型

Master的kube-controller-manager服务持续监测目标Pod的某种性能指标，以计算是否需要调整副本数量。目前Kubernetes支持的指标类型如下：

Pod资源使用率：Pod级别的性能指标，通常是一个比率值，例如CPU使用率。

Pod自定义指标：Pod级别的性能指标，通常是一个数值，例如接收的请求数量。

Object自定义指标或外部自定义指标：通常是一个数值，需要容器应用以某种方式提供，例如通过HTTP URL“/metrics”提供，或者使用外部服务提供的指标采集URL。

Metrics Server将采集到的Pod性能指标数据通过聚合API（Aggregated API）如metrics.k8s.io、 custom.metrics.k8s.io和external.metrics.k8s.io提供给HPA控制器进行查询。

扩缩容算法

Autoscaler控制器从聚合API获取到Pod性能指标数据之后，基于下面的算法计算出目标Pod副本数量，与当前运行的Pod副本数量进行对比，决定是否需要进行扩缩容操作：

desiredReplicas = ceil[currentReplicas * ( currentMetricValue / desiredMetricValue )]

即当前副本数 x（当前指标值/期望的指标值），将结果向上取整。

释义：以CPU请求数量为例，如果用户设置的期望指标值为100m，当前实际使用的指标值为200m，则计算得到期望的Pod副本数量应为两个（200/100=2）。如果设置的期望指标值为50m，计算结果为0.5，则向上取整值为1，得到目标Pod副本数量应为1个。

注意：当计算结果与1非常接近时，可以设置一个容忍度让系统不做扩缩容操作。容忍度通过kube-controller-manager服务的启动参数--horizontalpod-autoscaler-tolerance进行设置，默认值为0.1（即10%），表示基于上述算法得到的结果在[-10%-+10%]区间内，即[0.9-1.1]，控制器都不会进行扩缩容操作。

也可以将期望指标值（desiredMetricValue）设置为指标的平均值类型，例如targetAverageValue或targetAverageUtilization，此时当前指标值（currentMetricValue）的算法为所有Pod副本当前指标值的总和除以Pod副本数量得到的平均值。

此外，存在几种Pod异常的如下情况：

Pod正在被删除（设置了删除时间戳）：将不会计入目标Pod副本数量。
Pod的当前指标值无法获得：本次探测不会将这个Pod纳入目标Pod副本数量，后续的探测会被重新纳入计算范围。
如果指标类型是CPU使用率，则对于正在启动但是还未达到Ready状态的Pod，也暂时不会纳入目标副本数量范围。

提示：可以通过kubecontroller-manager服务的启动参数--horizontal-pod-autoscaler-initialreadiness-delay设置首次探测Pod是否Ready的延时时间，默认值为30s。

另一个启动参数--horizontal-pod-autoscaler-cpuinitialization-period设置首次采集Pod的CPU使用率的延时时间。

Kubernetes将HorizontalPodAutoscaler资源对象提供给用户来定义扩缩容的规则。

HorizontalPodAutoscaler资源对象处于Kubernetes的API组“autoscaling”中，目前包括v1和v2两个版本。其中autoscaling/v1仅支持基于CPU使用率的自动扩缩容， autoscaling/v2则用于支持基于任意指标的自动扩缩容配置，包括基于资源使用率、 Pod指标、其他指标等类型的指标数据。

创建一个hpa.yaml