【六】K8s-Pod 水平自动扩缩实践（简称HPA）

2023-11-02 18:43:04

一、概述

Pod 水平自动扩缩（Horizontal Pod Autoscaler）简称 HPA，HPA 可以根据 CPU 利用率进行自动伸缩 Pod 副本数量，除了 CPU 利用率，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。

通过 HPA 可以达到某个时刻业务请求量很大的时候，不需要我们人工去干涉，它会根据我们设定的指标来进行自动伸缩 Pod 数量来应付访问量。

这是官方的图

这是我画的图（勿喷）

二、安装Metrics-Server

Heapster 官方在v1.11中已经被废弃，Heapster 监控数据可用，但 HPA 不再从 Heapster 拿数据，所以就不能满足我们本次实验。

Kubernetes 版本为 v1.2 或更高采用 Metrics-Server 来获取监控数据， HPA 根据此 Metrics API 来获取度量数据，所以本次实验需要安装 Metrics-Server 插件。

1.1 下载YAML文件，修改配置

Metrics-Server GitHub 链接：

https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server

由于我的环境 K8s 版本是 1.21，直接安装最新的 Metrics-Server 即可。

我们需要下载components.yaml下载到本地，添加- --kubelet-insecure-tls到配置文件中，否则会报错

[root@k8s-master01 ]# wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml

如果 Linux 操作系统一直无法下载，可以尝试在 Windows 上的迅雷下载好上传。

打开components.yaml添加如下配置：

- --kubelet-insecure-tls
# kubelet 的10250端口使用的是https协议，连接需要验证tls证书，--kubelet-insecure-tls不验证客户端证书。

1.2 注意事项

如果不添加- --kubelet-insecure-tls ，可能会出现如下报错

查看 metrics-server-xxx-xxx 详细事件时发现报错如下：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl describe pod metrics-server-xxx-xxx -n kube-system

我们在查看该 Pod 详细日志，报错如下：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl logs -n kube-system metrics-server-6dfddc5fb8-f8gnd
...
I0531 07:57:33.049547       1 server.go:188] "Failed probe" probe="metric-storage-ready" err="not metrics to serve"
I0531 07:57:43.049460       1 server.go:188] "Failed probe" probe="metric-storage-ready" err="not metrics to serve"
E0531 07:57:44.458989       1 scraper.go:139] "Failed to scrape node" err="Get \"https://192.168.115.11:10250/stats/summary?only_cpu_and_memory=true\": x509: cannot validate certificate for 192.168.115.11 because it doesn't contain any IP SANs" node="k8s-master01"
E0531 07:57:44.472464       1 scraper.go:139] "Failed to scrape node" err="Get \"https://192.168.115.13:10250/stats/summary?only_cpu_and_memory=true\": x509: cannot validate certificate for 192.168.115.13 because it doesn't contain any IP SANs" node="k8s-node02"
E0531 07:57:44.478313       1 scraper.go:139] "Failed to scrape node" err="Get \"https://192.168.115.12:10250/stats/summary?only_cpu_and_memory=true\": x509: cannot validate certificate for 192.168.115.12 because it doesn't contain any IP SANs" node="k8s-node01"

1.3 手动下载镜像

由于k8s.gcr.io在国外，导致无法下载metrics-server镜像问题。

当我们查看 Pod 状态是发现为ImagePullBackOff

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pod -n kube-system

查看 metrics-server-xxx-xxx 详细事件时发现报错如下：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl describe pod metrics-server-xxx-xxx -n kube-system
...
Events:
  Type     Reason     Age                  From               Message
  ----     ------     ----                 ----               -------
  Normal   Scheduled  4m1s                 default-scheduler  Successfully assigned kube-system/metrics-server-87966b776-jqknh to k8s-node01
  Normal   Pulling    106s (x4 over 4m)    kubelet            Pulling image "k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0"
  Warning  Failed     91s (x4 over 3m45s)  kubelet            Failed to pull image "k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0": rpc error: code = Unknown desc = Error response from daemon: Get https://k8s.gcr.io/v2/: net/http: request canceled while waiting for connection (Client.Timeout exceeded while awaiting headers)
  Warning  Failed     91s (x4 over 3m45s)  kubelet            Error: ErrImagePull
  Warning  Failed     76s (x6 over 3m45s)  kubelet            Error: ImagePullBackOff
  Normal   BackOff    61s (x7 over 3m45s)  kubelet            Back-off pulling image "k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0"

需要手动下载镜像再进行改名（每个节点都需要下载）

[root@k8s-master01 ~]# docker pull bitnami/metrics-server:0.5.0
[root@k8s-master01 ~]# docker tag bitnami/metrics-server:0.5.0 k8s.gcr.io/metrics-server/metrics-server:v0.5.0

注意：当你看到这篇笔记的时候，可能镜像已经更新了，根据报错提示来下载即可。

1.4 开始创建 Metrics-Server

只需要在 K8s-master 节点创建即可！

[root@k8s-master01 ~]# kubectl apply -f components.yaml 
serviceaccount/metrics-server created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:aggregated-metrics-reader created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:metrics-server created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/metrics-server-auth-reader created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/metrics-server:system:auth-delegator created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:metrics-server created
service/metrics-server created
deployment.apps/metrics-server created
apiservice.apiregistration.k8s.io/v1beta1.metrics.k8s.io created

查看 Pod 状态发现已经 Running

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get pod -n kube-system

检查 Metrics Server

[root@k8s-master01 ~]# kubectl top nodes
NAME           CPU(cores)   CPU%   MEMORY(bytes)   MEMORY%   
k8s-master01   119m         5%     1198Mi          64%       
k8s-node01     29m          1%     476Mi           25%       
k8s-node02     32m          1%     433Mi           23%

在 K8s Dashboard 界面查看资源使用情况

二、创建 HPA 测试案例

创建一个Deployment管理的Nginx Pod，然后利用HPA来进行自动扩缩容。

定义Deployment的YAML文件如下：（hap-deploy-demo.yaml）

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hpa-nginx-deploy
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: hpa-nginx-deploy
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        run: hpa-nginx-deploy
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: hub.test.com/library/mynginx:v1	# 镜像地址
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          limits:		# 最大限制
            cpu: 500m	# CPU最大是500微核
          requests: 	# 最低保证
            cpu: 200m	# CPU最小是200微核

在test命名空间创建Deployment：

[root@k8s-master01 hpa-test]# kubectl create -f hpa-deploy-demo.yaml -n test
deployment.apps/hpa-nginx-deploy created

-n test 指定命名空间

查看 Pod 、Deployment 状态

创建一个HPA，可以使用kubectl autoscale命令来创建：

[root@k8s-master01 ~]# kubectl autoscale deployment hpa-nginx-deploy --cpu-percent=20 --min=1 --max=10 -n test
horizontalpodautoscaler.autoscaling/hpa-nginx-deploy autoscaled

--cpu-percent=20 HPA 会通过 Pod 伸缩保持平均 CPU 利用率在20%以内；

--min=1 --max=10 允许 Pod 伸缩范围，最小的 Pod 副本数为1，最大为10；

也可以使用 YAML 进行 HPA 编写更为详细的设置。

查看 HPA 当前状态

[root@k8s-master01 hpa-test]# kubectl get hpa -n test
NAME               REFERENCE                     TARGETS   MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
hpa-nginx-deploy   Deployment/hpa-nginx-deploy   0%/20%    1         10        1          37m

当前的 CPU 利用率是 0%，由于未发送任何请求到该 Pod。

查看 hpa-nginx-deployPod 的 IP地址

[root@k8s-master01 hpa-test]# kubectl get pod -n test -o wide
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
hpa-nginx-deploy-9f8676f85-57kg8   1/1     Running   0          42m   10.244.1.23   k8s-node01   <none>           <none>

2.1 增加负载测试

增大负载进行测试，我们来创建一个busybox，并且循环访问上面创建的服务。

[root@k8s-master01 ~]# kubectl run -i --tty load-generator --rm --image=busybox --restart=Never -- /bin/sh -c "while true; do wget -q -O- http://10.244.1.23; done" -n test

等待一小会，查看 HPA 负载情况，当前 CPU 使用率 49% 已经超出设置值

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get hpa -n test -w

此时来查看deployment Pod 副本数量，由原来的1个自动扩容到5个

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get deployment hpa-nginx-deploy -n test -w

再次查看 HPA 负载情况，可以看到一直保持在 20% 以内

2.2 停止负载测试

在刚刚创建 busybox 容器的终端中，输入<Ctrl> + C 来终止负载的测试即可。

等待一会，查看 HPA 负载情况和 Deployment Pod副本数是否到达收缩功能

这是 Dashboard 界面情况，已经过去一两分钟了，还没见收缩，再等等

此时我们可以看到 Pod 副本数已经被收缩了，因为 CPU 使用率为 0，所以只保留最小副本数1个 Pod 对外提供服务

收缩的过程可能要等待几分钟；

通过上图可以看到，Pod 副本数不是一下子回收，而是逐步的回收机制。

这是 Dashboard 界面情况

到此 Pod 水平自动扩缩测试就到此结束了，HPA 不仅仅这些，还有多项度量指标和自定义度量指标自动扩缩等策略等着你去实践。

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