Hable sobre el escalado automático vertical de pods de Kubernetes (VPA)

Charla de operación y mantenimiento para principiantes de Scofield

Introducción a VPA

El nombre completo de VPA es Vertical Pod Autoscaler, que significa escalado automático de Pod vertical. Establece automáticamente las solicitudes de CPU y memoria de acuerdo con el uso de recursos del contenedor, lo que permite una programación adecuada en los nodos para proporcionar los recursos adecuados para cada Pod.
No solo puede encoger el contenedor que solicita excesivamente recursos, sino también aumentar la capacidad de recursos insuficientes en cualquier momento según su uso.
PD: VPA no cambiará los límites de recursos de Pod.

No hay muchas tonterías, solo ve a la imagen, mira el flujo de trabajo de VPA

Hable sobre el escalado automático vertical de pods de Kubernetes (VPA)

A continuación, comience el combate real

Implementar servidor de métricas

1. Descargue el archivo de manifiesto de implementación


wget  https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/download/v0.3.7/components.yaml

2. Modifique el archivo components.yaml.

Modificada la dirección espejo, gcr.io es mi propio almacén
Se modificaron los argumentos del parámetro de inicio del servidor de métricas; de lo contrario, se informará un error que no podrá extraer completamente las métricas de la fuente kubelet_summary ...


- name: metrics-server
        image: scofield/metrics-server:v0.3.7
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        args:
          - --cert-dir=/tmp
          - --secure-port=4443
          - /metrics-server
          - --kubelet-insecure-tls
          - --kubelet-preferred-address-types=InternalIP

3. Realice la implementación


kubectl  apply -f components.yaml

4. Verificación


[root@k8s-node001 metrics-server]# kubectl  get po -n kube-system
NAME                                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
metrics-server-7947cb98b6-xw6b8            1/1     Running   0          10m

能获取要top信息视为成功
[root@k8s-node001 metrics-server]# kubectl  top nodes
NAME          CPU(cores)   CPU%   MEMORY(bytes)   MEMORY%
k8s-node001   618m         7%       4796Mi           15%
k8s-node003   551m         6%       5522Mi           17%
k8s-node004   308m         3%       5830Mi           18%
k8s-node005   526m         6%       5997Mi           38%
k8s-node002   591m         7%       5306Mi           33%

Implementar vertical-pod-autoscaler

1. Clona el proyecto del escalador automático


git clone https://github.com/kubernetes/autoscaler.git

2. Modificar el archivo de implementación y cambiar el almacén de gcr a mi propio almacén


admission-controller-deployment.yaml
us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/autoscaling/vpa-admission-controller:0.8.0
改为
scofield/vpa-admission-controller:0.8.0

recommender-deployment.yaml
us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/autoscaling/vpa-recommender:0.8.0
改为
image: scofield/vpa-recommender:0.8.0

updater-deployment.yaml
us.gcr.io/k8s-artifacts-prod/autoscaling/vpa-updater:0.8.0
改为
scofield/vpa-updater:0.8.0

3. Despliegue


[root@k8s-node001 vertical-pod-autoscaler]#  cd autoscaler/vertical-pod-autoscaler
[root@k8s-node001 vertical-pod-autoscaler]#  ./hack/vpa-up.sh
Warning: apiextensions.k8s.io/v1beta1 CustomResourceDefinition is deprecated in v1.16+, unavailable in v1.22+; use apiextensions.k8s.io/v1 CustomResourceDefinition
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/verticalpodautoscalers.autoscaling.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/verticalpodautoscalercheckpoints.autoscaling.k8s.io created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:metrics-reader created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-actor created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-checkpoint-actor created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:evictioner created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:metrics-reader created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-actor created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-checkpoint-actor created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-target-reader created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-target-reader-binding created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-evictionter-binding created
serviceaccount/vpa-admission-controller created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-admission-controller created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-admission-controller created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-status-reader created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/system:vpa-status-reader-binding created
serviceaccount/vpa-updater created
deployment.apps/vpa-updater created
serviceaccount/vpa-recommender created
deployment.apps/vpa-recommender created
Generating certs for the VPA Admission Controller in /tmp/vpa-certs.
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus (2 primes)
............................................................................+++++
.+++++
e is 65537 (0x010001)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus (2 primes)
............+++++
...........................................................................+++++
e is 65537 (0x010001)
Signature ok
subject=CN = vpa-webhook.kube-system.svc
Getting CA Private Key
Uploading certs to the cluster.
secret/vpa-tls-certs created
Deleting /tmp/vpa-certs.
deployment.apps/vpa-admission-controller created
service/vpa-webhook created

4. Verifique los resultados, puede ver que metrics-server y vpa ya se están ejecutando normalmente


[root@k8s-node001 autoscaler-master]# kubectl  get po -n kube-system
NAME                                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
metrics-server-7947cb98b6-xw6b8             1/1     Running   0          46m
vpa-admission-controller-7d87559549-g77h9   1/1     Running   0          10m
vpa-recommender-84bf7fb9db-65669            1/1     Running   0          10m
vpa-updater-79cc46c7bb-5p889                1/1     Running   0          10m

Ejemplo 1 updateMode: "Off"

1. Primero implementamos un servicio nginx y lo implementamos en el espacio de nombres: vpa


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
  namespace: vpa
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: nginx
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 250Mi

Mira los resultados, 2 pods se ejecutaron normalmente.


[root@k8s-node001 examples]# kubectl  get po -n vpa
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-6884b849f7-fswx5   1/1     Running   0          5m54s
pod/nginx-6884b849f7-wz6b8   1/1     Running   0          5m54s

2. Para una prueba de presión barata, creamos un servicio de tipo NodePort


[root@k8s-node001 examples]# cat  nginx-vpa-ingress.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
  namespace: vpa
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx

[root@k8s-node001 examples]# kubectl  get svc -n vpa
NAME    TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx   NodePort   10.97.250.131   <none>        80:32621/TCP   55s

[root@k8s-node001 examples]# curl -I   192.168.100.185:32621
HTTP/1.1 200 OK

3. Para crear un VPA,
primero use updateMode: modo "Off", este modo solo obtiene recursos, se recomienda no actualizar Pod


[root@k8s-node001 examples]# cat   nginx-vpa-demo.yaml
apiVersion: autoscaling.k8s.io/v1beta2
kind: VerticalPodAutoscaler
metadata:
  name: nginx-vpa
  namespace: vpa
spec:
  targetRef:
    apiVersion: "apps/v1"
    kind: Deployment
    name: nginx
  updatePolicy:
    updateMode: "Off"
  resourcePolicy:
    containerPolicies:
    - containerName: "nginx"
      minAllowed:
        cpu: "250m"
        memory: "100Mi"
      maxAllowed:
        cpu: "2000m"
        memory: "2048Mi"

4. Ver los resultados de la implementación


[root@k8s-node001 examples]# kubectl  get vpa -n vpa
NAME        AGE
nginx-vpa   2m34s

5. Utilice describe para ver los detalles de vpa, centrándose principalmente en las recomendaciones de contenedores.


[root@k8s-node001 examples]# kubectl  describe  vpa nginx-vpa   -n vpa
Name:         nginx-vpa
Namespace:    vpa
....略去10000字 哈哈......
  Update Policy:
    Update Mode:  Off
Status:
  Conditions:
    Last Transition Time:  2020-09-28T04:04:25Z
    Status:                True
    Type:                  RecommendationProvided
  Recommendation:
    Container Recommendations:
      Container Name:  nginx
      Lower Bound:
        Cpu:     250m
        Memory:  262144k
      Target:
        Cpu:     250m
        Memory:  262144k
      Uncapped Target:
        Cpu:     25m
        Memory:  262144k
      Upper Bound:
        Cpu:     803m
        Memory:  840190575
Events:          <none>

entre ellos


Lower Bound:                 下限值
Target:                              推荐值
Upper Bound:                 上限值
Uncapped Target:           如果没有为VPA提供最小或最大边界，则表示目标利用率
上述结果表明，推荐的 Pod 的 CPU 请求为 25m，推荐的内存请求为 262144k 字节。

6. Ahora realizamos
una prueba de presión en nginx y ejecutamos un comando de prueba de presión


[root@k8s-node001 examples]# ab -c 100 -n 10000000 http://192.168.100.185:32621/
This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1843412 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/

Benchmarking 192.168.100.185 (be patient)
Completed 1000000 requests
Completed 2000000 requests
Completed 3000000 requests

7. Observe los cambios de la recomendación VPA en unos minutos.


[root@k8s-node001 ~]# kubectl  describe  vpa nginx-vpa   -n vpa |tail -n 20 
  Conditions:
    Last Transition Time:  2020-09-28T04:04:25Z
    Status:                True
    Type:                  RecommendationProvided
  Recommendation:
    Container Recommendations:
      Container Name:  nginx
      Lower Bound:
        Cpu:     250m
        Memory:  262144k
      Target:
        Cpu:     476m
        Memory:  262144k
      Uncapped Target:
        Cpu:     476m
        Memory:  262144k
      Upper Bound:
        Cpu:     2
        Memory:  387578728
Events:          <none>

Se puede ver en la información de salida que VPA da un valor recomendado para Pod: Cpu: 476m, porque configuramos updateMode: "Off" aquí, por lo que el Pod no se actualizará.

Ejemplo 2 updateMode: "Auto"

1. Ahora configuro updateMode: "Auto" para ver qué hará el VPA.
Aquí cambié los recursos a: memory: 50Mi, cpu: 100m


[root@k8s-node001 examples]# kubectl  apply -f nginx-vpa.yaml
deployment.apps/nginx created
[root@k8s-node001 examples]# cat nginx-vpa.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
  namespace: vpa
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: nginx
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 50Mi

[root@k8s-node001 examples]# kubectl  get po  -n vpa
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-7ff65f974c-f4vgl   1/1     Running   0          114s
nginx-7ff65f974c-v9ccx   1/1     Running   0          114s

2. Implemente vpa nuevamente, aquí el archivo de implementación de VPA nginx-vpa-demo.yaml solo cambia u
pdateMode: "Auto" y el nombre: nginx-vpa-2


[root@k8s-node001 examples]# cat  nginx-vpa-demo.yaml
apiVersion: autoscaling.k8s.io/v1beta2
kind: VerticalPodAutoscaler
metadata:
  name: nginx-vpa-2
  namespace: vpa
spec:
  targetRef:
    apiVersion: "apps/v1"
    kind: Deployment
    name: nginx
  updatePolicy:
    updateMode: "Auto"
  resourcePolicy:
    containerPolicies:
    - containerName: "nginx"
      minAllowed:
        cpu: "250m"
        memory: "100Mi"
      maxAllowed:
        cpu: "2000m"
        memory: "2048Mi"

[root@k8s-node001 examples]# kubectl apply -f nginx-vpa-demo.yaml
verticalpodautoscaler.autoscaling.k8s.io/nginx-vpa created

[root@k8s-node001 examples]# kubectl  get vpa -n vpa
NAME        AGE
nginx-vpa-2   9s

3. Prueba de presión nuevamente


ab -c 1000 -n 100000000 http://192.168.100.185:32621/

4. Después de unos minutos, use describe para ver los detalles de vpa, y también solo preste atención a las recomendaciones de contenedores.


[root@k8s-node001 ~]# kubectl  describe  vpa nginx-vpa-2    -n vpa |tail -n 30
      Min Allowed:
        Cpu:     250m
        Memory:  100Mi
  Target Ref:
    API Version:  apps/v1
    Kind:         Deployment
    Name:         nginx
  Update Policy:
    Update Mode:  Auto
Status:
  Conditions:
    Last Transition Time:  2020-09-28T04:48:25Z
    Status:                True
    Type:                  RecommendationProvided
  Recommendation:
    Container Recommendations:
      Container Name:  nginx
      Lower Bound:
        Cpu:     250m
        Memory:  262144k
      Target:
        Cpu:     476m
        Memory:  262144k
      Uncapped Target:
        Cpu:     476m
        Memory:  262144k
      Upper Bound:
        Cpu:     2
        Memory:  262144k
Events:          <none>

El objetivo se convierte en CPU: 587 m, memoria: 262144 k

5. Mira el evento evento


[root@k8s-node001 ~]# kubectl  get event -n vpa
LAST SEEN   TYPE      REASON              OBJECT                        MESSAGE
33m         Normal    Pulling             pod/nginx-7ff65f974c-f4vgl    Pulling image "nginx"
33m         Normal    Pulled              pod/nginx-7ff65f974c-f4vgl    Successfully pulled image "nginx" in 15.880996269s
33m         Normal    Created             pod/nginx-7ff65f974c-f4vgl    Created container nginx
33m         Normal    Started             pod/nginx-7ff65f974c-f4vgl    Started container nginx
26m         Normal    EvictedByVPA        pod/nginx-7ff65f974c-f4vgl    Pod was evicted by VPA Updater to apply resource recommendation.
26m         Normal    Killing             pod/nginx-7ff65f974c-f4vgl    Stopping container nginx
35m         Normal    Scheduled           pod/nginx-7ff65f974c-hnzr5    Successfully assigned vpa/nginx-7ff65f974c-hnzr5 to k8s-node005
35m         Normal    Pulling             pod/nginx-7ff65f974c-hnzr5    Pulling image "nginx"
34m         Normal    Pulled              pod/nginx-7ff65f974c-hnzr5    Successfully pulled image "nginx" in 40.750855715s
34m         Normal    Scheduled           pod/nginx-7ff65f974c-v9ccx    Successfully assigned vpa/nginx-7ff65f974c-v9ccx to k8s-node004
33m         Normal    Pulling             pod/nginx-7ff65f974c-v9ccx    Pulling image "nginx"
33m         Normal    Pulled              pod/nginx-7ff65f974c-v9ccx    Successfully pulled image "nginx" in 15.495315629s
33m         Normal    Created             pod/nginx-7ff65f974c-v9ccx    Created container nginx
33m         Normal    Started             pod/nginx-7ff65f974c-v9ccx    Started container nginx

Se puede entender a partir de la información de salida que vpa ejecutó EvictedByVPA, detuvo automáticamente nginx y luego inició un nuevo nginx utilizando los recursos recomendados por VPA
, podemos verificar el pod nginx para obtener confirmación


[root@k8s-node001 ~]# kubectl  describe po nginx-7ff65f974c-2m9zl -n vpa
Name:         nginx-7ff65f974c-2m9zl
Namespace:    vpa
Priority:     0
Node:         k8s-node004/192.168.100.184
Start Time:   Mon, 28 Sep 2020 00:46:19 -0400
Labels:       app=nginx
              pod-template-hash=7ff65f974c
Annotations:  cni.projectcalico.org/podIP: 100.67.191.53/32
              vpaObservedContainers: nginx
              vpaUpdates: Pod resources updated by nginx-vpa: container 0: cpu request, memory request
Status:       Running
IP:           100.67.191.53
IPs:
  IP:           100.67.191.53
Controlled By:  ReplicaSet/nginx-7ff65f974c
Containers:
  nginx:
    Container ID:   docker://c96bcd07f35409d47232a0bf862a76a56352bd84ef10a95de8b2e3f6681df43d
    Image:          nginx
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:c628b67d21744fce822d22fdcc0389f6bd763daac23a6b77147d0712ea7102d0
    Port:           <none>
    Host Port:      <none>
    State:          Running
      Started:      Mon, 28 Sep 2020 00:46:38 -0400
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Requests:
      cpu:        476m
      memory:     262144k

Concéntrese en las solicitudes: cpu: 476m, memoria: 262144k
y luego revise el archivo de implementación

      requests:
        cpu: 100m
        memory: 50Mi

Ahora puede saber lo que ha hecho VPA. Por supuesto, a medida que cambia la carga del servicio, la recomendación de VPA seguirá cambiando posteriormente. Cuando los recursos del pod que se está ejecutando actualmente no alcanzan el valor recomendado de VPA, se ejecutará el desalojo del pod y se volverán a implementar nuevos servicios con recursos suficientes.

Restricciones de uso de VPA

No se puede utilizar con HPA (Escalador automático de pod horizontal)
Por ejemplo, Pod usa un controlador de réplica, como Deployment o StatefulSet
¿Cuáles son los beneficios del VPA?

Los recursos de pod se usan según sea necesario, por lo que los nodos del clúster se usan de manera eficiente.
Los pods se organizarán en nodos con los recursos disponibles adecuados.
No es necesario ejecutar tareas de referencia para determinar los valores adecuados para las solicitudes de CPU y memoria.
VPA puede ajustar las solicitudes de CPU y memoria en cualquier momento sin operación humana, por lo que se puede reducir el tiempo de mantenimiento.
Por último, VPA es una función relativamente nueva de Kubernetes. No se ha practicado a gran escala en el entorno de producción. No se recomienda utilizar el modo de actualización automática en el entorno en línea, pero puede comprender mejor el uso de recursos del servicio utilizando el modo recomendado.
Para obtener más información, visite el sitio web oficial para ver

PD: los artículos de seguimiento se sincronizarán con dev.kubeops.net

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