[置顶] kubernetes资源对象--Horizontal Pod Autoscaling（HPA）

概念

HPA全称Horizontal Pod Autoscaling，即pod的水平自动扩展。自动扩展主要分为两种，其一为水平扩展，针对于实例数目的增减；其二为垂直扩展，即单个实例可以使用的资源的增减。HPA属于前者。

HPA的操作对象是RC、RS或Deployment对应的Pod，根据观察到的CPU实际使用量与用户的期望值进行比对，做出是否需要增减实例数量的决策。

原理

它根据Pod当前系统的负载来自动水平扩容，如果系统负载超过预定值，就开始增加Pod的个数，如果低于某个值，就自动减少Pod的个数。目前K8S的HPA只能根据CPU和内存去度量系统的负载，而且目前还依赖heapster去收集CPU的使用情况。

条件

HPA通过定期（定期轮询的时间通过–horizontal-pod-autoscaler-sync-period选项来设置，默认的时间为30秒）通过Status.PodSelector来查询pods的状态，获得pod的CPU使用率。然后，通过现有pods的CPU使用率的平均值（计算方式是最近的pod使用量（最近一分钟的平均值，从heapster中获得）除以设定的每个Pod的CPU使用率限额）跟目标使用率进行比较，并且在扩容时，还要遵循预先设定的副本数限制：MinReplicas <= Replicas <= MaxReplicas。

计算扩容后Pod的个数：sum(最近一分钟内某个Pod的CPU使用率/量的平均值)/CPU使用上限的整数+1

流程

1、创建HPA资源，设定目标CPU使用率限额，以及最大、最小实例数
2、收集一组中（PodSelector）每个Pod最近一分钟内的CUP使用率，并计算平均值
3、读取HPA中设定的CPU使用限额
4、计算：平均值之和/限额，求出目标调整的实例个数
5、目标调整的实例数不能超过1中设定的最大、最小实例数，如果没有超过，则扩容；超过，则扩容至最大的实例个数
6、回到2，不断循环

例外

考虑到自动扩展的决策可能需要一段时间才会生效，甚至在短时间内会引入一些噪声。例如当pod所需要的CPU负荷过大，从而运行一个新的pod进行分流，在创建过程中，系统的CPU使用量可能会有一个攀升的过程。所以，在每一次作出决策后的一段时间内，将不再进行扩展决策。对于ScaleUp而言，这个时间段为3分钟，Scaledown为5分钟。

HPA允许一定范围内的CPU使用量的不稳定，只有avg(CurrentPodsConsumption) / Target小于90%或者大于110%时才会触发扩容或缩容，避免频繁扩容、缩容造成颠簸。

为什么选择相对比率

为了简便，选用了相对比率（90%的CPU资源）而不是0.6个CPU core来描述扩容、缩容条件。如果选择使用绝对度量，用户需要保证目标（限额）要比请求使用的低，否则，过载的Pod未必能够消耗那么多，从而自动扩容永远不会被触发：假设设置CPU为1个核，那么这个pod只能使用1个核，可能Pod在过载的情况下也不能完全利用这个核，所以扩容不会发生。在修改申请资源时，还有同时调整扩容的条件，比如将1个core变为1.2core，那么扩容条件应该同步改为1.2core，真是太麻烦了，与自动扩容的目标相悖。

实例

创建Deployment

kubectl delete -f lykops-hpa-deploy.yaml
cat << EOF > lykops-hpa-deploy.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: lykops-hpa-deploy
  labels:
    software: apache
    project: lykops
    app: hpa
    version: v1      
spec:
  replicas: 1 
  selector:
    matchLabels:
      name: lykops-hpa-deploy
      software: apache
      project: lykops
      app: hpa
      version: v1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: lykops-hpa-deploy
        software: apache
        project: lykops
        app: hpa
        version: v1
    spec:
      containers:
      - name: lykops-hpa-deploy
        image: web:apache
        command: [ "sh", "/etc/run.sh" ]
        ports:
        - containerPort: 80
          name: http
          protocol: TCP
        resources:
          requests:
            cpu: 0.001
            memory: 4Mi
          limits:
            cpu: 0.01
            memory: 16Mi
EOF
kubectl create -f lykops-hpa-deploy.yaml --record

创建service

cat << EOF > lykops-hpa-deploy-svc.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: lykops-hpa-svc
  labels:
    software: apache
    project: lykops
    app: hpa
    version: v1
spec:
  selector:
    software: apache
    project: lykops
    app: hpa
    version: v1
    name: lykops-hpa-deploy
  ports:
  - name: http
    port: 80
    protocol: TCP
EOF
kubectl create -f lykops-hpa-deploy-svc.yaml

创建HPA

kubectl delete -f lykops-hpa.yaml
cat << EOF > lykops-hpa.yaml
apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: lykops-hpa
  labels:
    software: apache
    project: lykops
    app: hpa
    version: v1
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: v1
    kind: Deployment
    name: lykops-hpa-deploy
    #这里只能为这三项
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 10
  targetCPUUtilizationPercentage: 5
EOF
kubectl create -f lykops-hpa.yaml

测试

多台机器不断访问service的clusterIP地址，然后可以看出是否增加pod数了