kubernets之横向伸缩pod与集群节点

一  pod的自动伸缩容的应用背景

　　在面对负载并发过高的时候，我们或许希望能够提高RS，RC以及Deployment等的replicas的参数来增加pod的cpu，mem等，或者是通过提高每个容器的requests的值，进而来提升系统的负载能力，但是我们可以通过手动的方式去调节RS，RC以及deployment的replicas的值，但是在面对突如其来的高负载进入，又或者是在夜深人静的夜晚突然到来的流量，通过手动的方式去扩容这些pod的方法，在某种意义上面而言，显得过于劳民伤财，并且也不一定及时。

二  pod的横向自动伸缩

　　2.1   横向pod的自动伸缩是指由控制器管理的pod副本数量的自动伸缩功能，它由Horizontal控制器执行，我们需要通过创建一个HorizontalpodAutoSccler(HPA)资源来启用和配置Horizontal的控制器，该控制器周期性检查pod度量，计算满足HPA资源目标值所需的副本数量，进而调整目标资源的replcas的数量来实现自动化伸缩。

• 获取被伸缩的pod资源对象所管理pod的度量
• 计算使目标资源度量数值接近或者达到目标数值所需的pod数量
• 更新被伸缩资源的replicas字段

　　2.2   获取pod的度量

　　　　大概流程是每个节点上面的kubelet上面的cAdvsor的agent会去采集该节点上面的所有pod的资源使用量，之后这些数据将由集群级别的组件Heapster聚会，HPA控制器向Heapster发起post

请求调用所有pod的数量度量，整个数据的 采集调用链如图所示：

　　2.3 计算所需的pod数量

　　　　对于只一个指标例如cpu的度量，只需要采集节点上面的cpu消耗之和，之后除以标准的值就是那个时刻该pod的最佳量，当然遇到分数或者小数的时候进行取整，也就是需要调整到的量

　　　　但是对于多个需要的度量，例如cpu以及QPS 有2个度量的时候，其每个度量都可以单独的按照度量标准计算，之后对于每个度量取得的最佳pod数量取最大值，这个文字描述可能不算准确，可以通过下面的一幅图来直观的描述上面的内容

• 这三个pod的QPS以及CPU使用率的标准值是50，以及20
• 通过计算总和除以均值分别得到pod的数量应为3，4，这里我们应当取最大值

　　2.4 更新被伸缩资源的副本数

　　Autoscale控制器通过子资源Scale子资源来修改replicas进入达到对replicas进行修改，进而实现对pod进行阔缩容

　　2.5 只要API服务器为某个可伸缩资源爆露了子Scale资源，AutoScale即可以操作该资源，目前暴露子资源的有

• • Deployment
  • ReplicaSet
  • ReplicationController
  • StatefulSet

　　2.6 下面用一幅图来描述整个伸缩的过程

　　　　值得一提的是，由于cAdvisor需要周期性的拉取节点上面pod的配置，同理Heapster以及HPA控制器都是如此，所以在探测到需要扩缩容到实际完成的话，需要相当的一段时间，具体如下图所示

三  通过一个实例来描述整个流程是什么样子的

　　3.1  创建一个用来伸缩的deployment

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: kubia
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      name: kubia
      labels:
        app: kubia
    spec:
      containers:
      - image: luksa/kubia:v1
        name: nodejs
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi

　　3.2  之后创建一个HPA用以对这个deployment进行伸缩管控

k autoscale deployment kubia --cpu-percent=30 --min=1 --max=5

[root@node01 Chapter15]# k get hpa -o yaml
apiVersion: v1
items:
- apiVersion: autoscaling/v1
  kind: HorizontalPodAutoscaler
　　......
  spec:
    maxReplicas: 5
    minReplicas: 1
    scaleTargetRef:
      apiVersion: extensions/v1beta1
      kind: Deployment
      name: kubia
    targetCPUUtilizationPercentage: 30
  status:
    currentReplicas: 3
    desiredReplicas: 0
kind: List
metadata:
  resourceVersion: ""
  selfLink: ""

• 这里分别注明来最大的副本数量以及最小的副本数量
• scaleTargetRef里面加上来伸缩的对象
• 同样上面红色部分还显示了pod的标准值以及资源状态

　　3.3 第一状态，由于一开始创建之初，并没有任何的流量会进来，所以hpa会通过scale将pod的副本数量逐渐缩容到1，并且当使用k describe hpa的时候会显示整个事情发生的过程，

之后需要让其扩容，通过一个服务来暴露这个deployment，最简单的就是使用

k expose deployment kubia --port=80 --target-port=8080 

　　3.4 了解伸缩操作的最大速率

　　　　在伸缩的时候一般是当前已经存在的一倍，不会超过最大以及最小值

　　3.5 集群的横向伸缩

　　　　当在部署一个pod的时候，如果集群中任意一个节点都无法容纳它，那么我们就说这个集群里面的节点需要扩容了，并且在集群长时间资源空闲的时候下线机器，以此来对kubernetes来提供最大的机器资源利用量，这个操作对象叫clusterAutoscale，当某个节点上面的所有pod的请求量的cpu以及内存的使用量都不超过请求量的50%，那么clusterAutoScale则将会其视为需要下线的节点之一，第二个条件就是会检查上面是否存在不能挪走的pod例如系统pod，换言之，即该机器上面的pod都可以重新的去调度到其他的节点上面就可以标记下线，被标记下线的节点会被标记为不可调度。

　　3.6 确保即使因为节点上面被下线了，也能保证pod能够足量运行的资源podDisruptionBudget

　　　　通过命令行的形式创建一个pdb形式如下

　　　　　　k create pdb kubia-pdb --selector=app=kubia --min-available=3