如何优化k8s中HPA的弹性速率

本文分享自华为云社区《K8s 核心资源指标HPA性能优化之路》，作者：可以交个朋友。

一 背景

以弹性指标为cpu、memory为例。在Kubernetes 1.7版本中引入了聚合层，允许第三方应用程序注册相关API接口到kube-apiserver上。其中 /apis/metrics.k8s.io/v1beta1 一般由metrics-server程序提供，以插件的形式安装在K8s集群中。相关流程如下:

纵观整个链路如何优化HPA的弹性速率呢？

 

二 关键时间点分析

首先对于HPA controller

Kubernetes 将HPA pod自动扩缩实现为一个间歇运行的控制回路，间隔由kube-controller-manager的 --horizontal-pod-autoscaler-sync-period参数设置，默认间隔为15s。

然后kubelet指标汇总。kubelet提供指标端点:10250/metrics/resource 15刷新一次指标数据。容器指标由cadvisor负责采集，cAdvisor已经集成到kubelet程序当中。

metrics-server默认抓取时间为60s一次，60s的时间间隔内，kubelet的指标已经刷新4轮了,HPAcontroller也运行4轮了。

所以我们优化的思路可以从metrics-server程序入手，可以将HPA弹性响应速率提高45s左右。kube-controller-manager的参数不宜修改，设置过短会对集群控制面造成压力，产生过载风险。kubelet刷新指标间隔15s 同样也是一个合理且推荐的数值。

三 优化方案

metrics-server启动参数--metric-resolution可用于设置指标保留的时间。默认是60s，我们可以将该值设置为15s 加快pod资源指标的获取速率。

未修改指标保存时间前，查看metrics-server日志可以发现平均60s抓取一次指标

修改metrics-server负载配置，添加启动参数

containers:
  - command:
    - /metrics-server
    - --metric-resolution=15s # 添加该参数，加快指标更新速率
    - --v=6  # 可设置日志级别，可以通过日志查看进程工作信息
    - xxx 

查看metrics-server日志发现抓取指标间隔为15s

四 验证过程

主要是对比优化该参数后，HPA弹性的速率是否提高。

基于负载app01创建伸缩策略，以cpu指标为例，HPA配置清单如下：

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: app01
  namespace: hu
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: app01
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

4.1 优化前

对工作负载进行压测，探知HPAcontroller感知metrics的变化并观察HPA弹性的灵敏度

通过上图我们可以发现，HPA对指标变化感知滞后：

其中60s-90s区间内，指标数值一直为250%，未发生变化。实际情况是HPAcontroller已经运转三次，但是每次获取的指标均为250%。
4m-7m15s区间内，每隔60s HPA状态刷新一次，也就是说60s后 HPAcontroller才能感知下游服务的状态变化。

可能大家也会有疑问，在执行 kubectl get xxx -w 的时候，每隔15s也刷新了一次数据，那是因为有其它value值发生了变化，例如REPLICAS值发生了变化，所以被记录了下来，并不是因为指标刷新触发的。

4.2 优化后

对工作负载进行压测，探知HPAcontroller感知metrics的变化并观察HPA弹性的灵敏度

通过上图我们可以发现，HPA对指标变化的获取提升明显，几乎每隔15s指标都会变化一次，如果获取的指标满足扩容条件则会立马扩容。

其中 60s-90s 区间内，其它选项保持不变(MINPODS、MAXPODS、REPLICAS)，指标每隔15s就会刷新一次。HPA会根据当前获取的指标结合特定算法进行扩缩的实例的判断。
其中2m15s-4m 区间内，其它选项保持不变，指标固定每隔15s会刷新一次。

可能大家会有疑问，明明指标已经达到扩容条件了，例如60s那个时间点，这就和HPA算法有关系了，如果存在未就绪状态或者不健康的pod，这些pod会被搁置掉不参与计算，所以75s那个时间，并未看到扩容行为。但是这些动作不与metrics指标层面冲突，metrics-server每隔15s上报一次指标，剩下具体的扩缩就是HPA controller该做的了。

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