2.4. 使用 pod 横向自动扩展自动扩展 pod

作为开发人员，您可以使用 pod 横向自动扩展 (HPA) 来指定 OpenShift Container Platform 如何根据从属于某复制控制器或部署配置的 pod 收集的指标来自动增加或缩小该复制控制器或部署配置的规模。您可以为任何 Deployment、DeploymentConfig、ReplicaSet、ReplicationController 或 StatefulSet 对象创建 HPA。

注意

除非需要特定功能或由其他对象提供的行为，否则建议使用 Deployment 对象或 ReplicaSet 对象。如需有关这些对象的更多信息，请参阅了解 Deployment 和 DeploymentConfig 对象。

2.4.1. 了解 pod 横向自动扩展

您可以创建一个 pod 横向自动扩展来指定您要运行的 pod 的最小和最大数量，以及 pod 的目标 CPU 使用率或内存使用率。

在创建了 pod 横向自动扩展后，OpenShift Container Platform 会开始查询 pod 上的 CPU 和/或内存资源指标。当这些指标可用时，pod 横向自动扩展会计算当前指标使用率与所需指标使用率的比率，并相应地扩展或缩减。查询和缩放是定期进行的，但可能需要一到两分钟时间才会有可用指标。

对于复制控制器，这种缩放直接与复制控制器的副本对应。对于部署配置，缩放直接与部署配置的副本计数对应。注意，自动缩放仅应用到 Complete 阶段的最新部署。

OpenShift Container Platform 会自动考虑资源情况，并防止在资源激增期间进行不必要的自动缩放，比如在启动过程中。处于 unready 状态的 pod 在扩展时具有 0 CPU 用量，自动扩展在缩减时会忽略这些 pod。没有已知指标的 Pod 在扩展时具有 0% CPU 用量，在缩减时具有 100% CPU 用量。这在 HPA 决策过程中提供更高的稳定性。要使用这个功能，您必须配置就绪度检查来确定新 pod 是否准备就绪。

要使用 pod 横向自动扩展，您的集群管理员必须已经正确配置了集群指标。

2.4.1.1. 支持的指标

pod 横向自动扩展支持以下指标：

表 2.1. 指标

指标描述API 版本

CPU 使用率

已用的 CPU 内核数。可以用来计算 pod 的已请求 CPU 百分比。

autoscaling/v1、autoscaling/v2beta2

内存使用率

已用内存量。可以用来计算 pod 的已请求内存百分比。

autoscaling/v2beta2

重要

对于基于内存的自动缩放，内存用量必须与副本数呈正比增大和减小。平均而言：

  • 增加副本数一定会导致每个 pod 的内存（工作集）用量总体降低。
  • 减少副本数一定会导致每个 pod 的内存用量总体增高。

使用 OpenShift Container Platform Web 控制台检查应用程序的内存行为，并确保应用程序在使用基于内存的自动缩放前满足这些要求。

以下示例显示了 image-registry Deployment 对象的自动扩展。初始部署需要 3 个 pod。HPA 对象将最小值增加到 5。如果 pod 的 CPU 用量达到 75%，pod 会增加到 7: 

$ oc autoscale deployment/image-registry --min=5 --max=7 --cpu-percent=75

输出示例

horizontalpodautoscaler.autoscaling/image-registry autoscaled

image-registry Deployment 对象的 HPA 示例，其中 minReplicas 被设置为 3

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: image-registry
  namespace: default
spec:
  maxReplicas: 7
  minReplicas: 3
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: image-registry
  targetCPUUtilizationPercentage: 75
status:
  currentReplicas: 5
  desiredReplicas: 0

  1. 查看部署的新状态： 

    $ oc get deployment image-registry

    部署中现在有 5 个 pod:

    输出示例

    NAME             REVISION   DESIRED   CURRENT   TRIGGERED BY
image-registry   1          5         5         config

2.4.1.2. 扩展策略

autoscaling/v2beta2 API 允许您为 pod 横向自动扩展添加扩展策略。扩展策略用于控制 OpenShift Container Platform 横向自动扩展（HPA）如何扩展 pod。扩展策略允许您通过设置在指定时间段内扩展的特定数量或特定百分比来限制 HPA 扩展或缩减的速率。您还可以定义一个稳定化窗口（stabilization window），在指标有较大波动时，使用之前计算出的期望状态来控制扩展。您可以为相同的扩展方向创建多个策略，并根据更改的大小决定使用哪些策略。您还可以通过计时的迭代限制缩放。HPA 在迭代过程中扩展 pod，然后在以后的迭代中执行扩展（如果需要）。

带有扩展策略的 HPA 对象示例

apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: hpa-resource-metrics-memory
  namespace: default
spec:
  behavior:
    scaleDown: 1
      policies: 2
      - type: Pods 3
        value: 4 4
        periodSeconds: 60 5
      - type: Percent
        value: 10 6
        periodSeconds: 60
      selectPolicy: Min 7
      stabilizationWindowSeconds: 300 8
    scaleUp: 9
      policies:
      - type: Pods
        value: 5 10
        periodSeconds: 70
      - type: Percent
        value: 12 11
        periodSeconds: 80
      selectPolicy: Max
      stabilizationWindowSeconds: 0
...

1
指定扩展策略的方向，可以是 scaleDown 或 scaleUp。本例为缩减创建一个策略。
2
定义扩展策略。
3
决定策略是否在每次迭代过程中根据特定的 pod 数量或 pod 百分比进行扩展。默认值为 pod。
4
决定在每次迭代过程中缩放数量（pod 数量或 pod 的百分比）。在按 pod 数量进行缩减时没有默认的值。
5
决定扩展迭代的长度。默认值为 15 秒。
6
按百分比缩减的默认值为 100%。
7
如果定义了多个策略，则决定首先使用哪个策略。指定 Max 使用允许最多更改的策略，Min 使用允许最小更改的策略，或者 Disabled 阻止 HPA 在策略方向进行扩展。默认值为 Max。
8
决定 HPA 应该重新查看所需状态的时间周期。默认值为 0。
9
本例为扩展创建了策略。
10
根据 pod 数量进行扩展的数量。扩展 pod 数量的默认值为 4%。
11
按 pod 百分比扩展的数量。按百分比扩展的默认值为 100%。

缩减策略示例

apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: hpa-resource-metrics-memory
  namespace: default
spec:
...
  minReplicas: 20
...
  behavior:
    scaleDown:
      stabilizationWindowSeconds: 300
      policies:
      - type: Pods
        value: 4
        periodSeconds: 30
      - type: Percent
        value: 10
        periodSeconds: 60
      selectPolicy: Max
    scaleUp:
      selectPolicy: Disabled

在本例中，当 pod 的数量大于 40 时，则使用基于百分比的策略进行缩减。这个策略会产生较大变化，这是 selectPolicy 需要的。

如果有 80 个 pod 副本，在第一次迭代时 HPA 会将 pod 减少 8 个，即 80 个 pod 的 10%（根据 type: Percent 和 value: 10 参数），持续一分钟（periodSeconds: 60）。对于下一个迭代，pod 的数量为 72。HPA 计算剩余 pod 的 10% 为 7.2，这个数值被舍入到 8，这会缩减 8 个 pod。在每一后续迭代中，将根据剩余的 pod 数量重新计算要缩放的 pod 数量。当 pod 的数量低于 40 时，基于 pod 的策略会被应用，因为基于 pod 的数值会大于基于百分比的数值。HPA 每次减少 4 个 pod（type: Pod 和 value: 4），持续 30 秒（periodSeconds: 30），直到剩余 20 个副本（minReplicas）。

selectPolicy: Disabled 参数可防止 HPA 扩展 pod。如果需要，可以通过调整副本集或部署集中的副本数来手动扩展。

如果设置，您可以使用 oc edit 命令查看扩展策略： 

$ oc edit hpa hpa-resource-metrics-memory

输出示例

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  annotations:
    autoscaling.alpha.kubernetes.io/behavior:\
'{"ScaleUp":{"StabilizationWindowSeconds":0,"SelectPolicy":"Max","Policies":[{"Type":"Pods","Value":4,"PeriodSeconds":15},{"Type":"Percent","Value":100,"PeriodSeconds":15}]},\
"ScaleDown":{"StabilizationWindowSeconds":300,"SelectPolicy":"Min","Policies":[{"Type":"Pods","Value":4,"PeriodSeconds":60},{"Type":"Percent","Value":10,"PeriodSeconds":60}]}}'
...