基于阿里云Prometheus指标的容器水平伸缩 - 容器服务Kubernetes版

默认HPA只支持基于CPU和内存的自动伸缩，并不能满足日常的运维需求。阿里云Prometheus监控全面对接开源Prometheus生态，支持类型丰富的组件监控，提供多种开箱即用的预置监控大盘，且提供全面托管的Prometheus服务。本文介绍如何将阿里云Prometheus指标转换成HPA可用的指标，从而为应用提供更加便捷的扩缩机制。

前提条件

在将阿里云Prometheus指标转换成HPA可用的指标前，您需要部署相关组件。

部署阿里云Prometheus监控组件。
有关部署阿里云Prometheus的详细步骤，请参见开启阿里云Prometheus监控。
部署alibaba-cloud-metrics-adapter组件。
有关部署alibaba-cloud-metrics-adapter组件详细步骤，请参见部署alibaba-cloud-metrics-adapter组件。

示例

本文举例如何配置alibaba-cloud-metrics-adapter，实现将阿里云Prometheus指标转换为HPA可用指标，并实现该指标自动伸缩。

部署工作负载。

登录容器服务管理控制台。
在集群列表页面中，单击目标集群名称或者目标集群右侧操作列下的详情。
在集群管理页左侧导航栏中，选择工作负载 > 无状态。
在无状态页面，单击使用YAML创建资源。

在创建页面，部署以下YAML文件创建一个名为sample-app的应用及对应的Service，然后单击创建。

说明此容器暴露出http_requests_total的指标用来标识访问次数。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: sample-app
  labels:
    app: sample-app
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: sample-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: sample-app
    spec:
      containers:
      - image: luxas/autoscale-demo:v0.1.2
        name: metrics-provider
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: sample-app
  namespace: default
  labels:
    app: sample-app
spec:
  ports:
    - port: 8080
      name: http
      protocol: TCP
      targetPort: 8080
  selector:
    app: sample-app
  type: ClusterIP

添加ServiceMonitor。
1. 登录ARMS控制台。
2. 在左侧导航栏中单击Prometheus监控。
3. 在目标集群右侧的操作列单击设置。
4. 单击服务发现页签，然后单击ServiceMonitor页签，单击添加ServiceMonitor。
5. 复制以下YAML文件，然后单击确定。
```
apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
  name: sample-app
  namespace: default
spec:
  endpoints:
  - interval: 30s
    port: http
    path: /metrics
  namespaceSelector:
    any: true
  selector:
    matchLabels:
      app: sample-app
```
确认监控状态。
单击Targets(beta)，如果看到default/sample-app/0(1/1 up)，则说明您成功在阿里云Prometheus监控到了部署的应用。

修改alibaba-cloud-metrics-adapter配置。

在集群列表页面中，单击目标集群名称或者目标集群右侧操作列下的详情。
在集群管理页左侧导航栏中，选择应用 > Helm。
在Helm页面的发布名称列，找到alibaba-cloud-metrics-adapter，并单击右侧的更新。

将alibaba-cloud-metrics-adapter中完整的YAML文件内容复制粘贴至模板中，然后单击更新。

以下为部分YAML文件内容。

AlibabaCloudMetricsAdapter:
  affinity: {}
  commonLabels: ""
  env:
  - AccessKeyId: ""
  - AccessKeySecret: ""
  - Region: ""
  fullnameOverride: ""
  image:
    pullPolicy: IfNotPresent
    repository: registry.aliyuncs.com/acs/alibaba-cloud-metrics-adapter-amd64
    tag: v0.2.0-alpha-0c00ec2                        
  listenPort: 443
  nameOverride: ""
  nodeSelector: {}
  podAnnotations: {}
  prometheus:
    adapter:
      rules:
        custom: 
        # 添加新的转换规则，请确保阿里云Prometheus中指标标签和此处一致，如果不一致，请照阿里云Prometheus中指标标签修改。
        - seriesQuery: 'http_requests_total{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
          resources:
            overrides:
              kubernetes_namespace: {resource: "namespace"}
              kubernetes_pod_name: {resource: "pod"}
          name:
            matches: "^(.*)_total"
            as: "${1}_per_second"
          metricsQuery: 'sum(rate(<<.Series>>{<<.LabelMatchers>>}[2m])) by (<<.GroupBy>>)'
        default: true
    #1. 这里设置为true，打开Prometheus adapter。
    enabled: true             
    logLevel: 2
    metricsRelistInterval: 1m
    tls:
      ca: ""
      certificate: ""
      enable: false
      key: ""
    #2. 这里填入阿里云Prometheus控制的地址。
    url: http://arms-prometheus-proxy.aliyun.com:9090/api/v1/prometheus/8cba801fff65546a3012e9a6843afd/1240538168824185/ce63742a509f948dda8ef18e75e703356/cn-shenzhen
  ramRoleType: __ACK_RAM_ROLE_TYPE__
  replicas: 1
  service:
    type: ClusterIP
  serviceAccountName: admin
  tolerations: []

有关ack-alibaba-cloud-adapter配置文件详细说明，请参见ack-alibaba-cloud-adapter配置文件详解。

可选：检查HPA可用指标。

执行以下命令查看HPA可用指标详情。

kubectl get --raw "/apis/custom.metrics.k8s.io/v1beta1/namespaces/default/pods/*/http_requests_per_second" | jq .

{
  "kind": "MetricValueList",
  "apiVersion": "custom.metrics.k8s.io/v1beta1",
  "metadata": {
    "selfLink": "/apis/custom.metrics.k8s.io/v1beta1/namespaces/default/pods/%2A/http_requests_per_second"
  },
  "items": [
    {
      "describedObject": {
        "kind": "Pod",
        "namespace": "default",
        "name": "sample-app-579bc6774c-rmjfd",
        "apiVersion": "/v1"
      },
      "metricName": "http_requests_per_second",
      "timestamp": "2020-09-22T08:42:58Z",
      "value": "33m",
      "selector": null
    }
  ]
}

使用以下YAML文件部署HPA，然后执行kubectl apply -f hpa.yaml创建HPA应用。

kind: HorizontalPodAutoscaler
apiVersion: autoscaling/v2
metadata:
  name: sample-app
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: sample-app
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Pods
    pods:
      metricName: http_requests_per_second
      targetAverageValue: 500m

执行压测验证。

ab -c 50 -n 2000 ClusterIP(sample-app):8080

执行以下命令查看HPA详情。

kubectl get hpa sample-app

预期输出：

NAME         REFERENCE               TARGETS    MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
sample-app   Deployment/sample-app   33m/500m   1         10        1          72m

ack-alibaba-cloud-adapter配置文件详解

ack-alibaba-cloud-adapter通过以下步骤将Prometheus中的指标转换成HPA可用的指标：

Discovery：ack-alibaba-cloud-adapter会从Prometheus发现可用的指标。
Association：将指标与Kubernetes资源（Pod、Node、Namespace）相关联。
Naming：定义转换后的HPA可用指标名称。
Querying：定义查询Prometheus语句。

以上文中sample-app容器中暴露出来的http_requests_total指标转换成HPA中的http_requests_per_second为例，完整的ack-alibaba-cloud-adapter配置文件如下。

```
- seriesQuery: 'http_requests_total{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
  resources:
    overrides:
      kubernetes_namespace: {resource: "namespace"}
      kubernetes_pod_name: {resource: "pod"}
  name:
    matches: "^(.*)_total"
    as: "${1}_per_second"
  metricsQuery: 'sum(rate(<<.Series>>{<<.LabelMatchers>>}[2m])) by (<<.GroupBy>>)'
```

Discovery
指定待转换的Prometheus指标，您可以通过seriesFilters精确过滤指标。seriesQuery可以根据标签进行查找（示例代码如下）。
```
```
seriesQuery: '{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
seriesFilters:
    - isNot: "^container_.*_seconds_total"
或者
seriesQuery: 'http_requests_total{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
```
```
说明 seriesFilters为非必填项，用来过滤指标：
- is：<regex>，匹配包含该正则表达式的指标。
- isNot：<regex>，匹配不包含该正则表达式的指标。

Association

设置Prometheus指标标签与Kubernetes中的资源映射关系。http_requests_total指标的标签包括kubernetes_namespace!=""和kubernetes_pod_name!=""。

```
- seriesQuery: 'http_requests_total{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
  resources:
    overrides:
      kubernetes_namespace: {resource: "namespace"}
      kubernetes_pod_name: {resource: "pod"}
```

Naming
用于将Prometheus指标名称转换成HPA的指标名称，但不会改变Prometheus本身的指标名称。如果使用Prometheus原来的指标，可以不设置。

说明您可以通过执行命令kubectl get --raw "/apis/custom.metrics.k8s.io/v1beta1"查看HPA可用的所有指标。
```
```
- seriesQuery: 'http_requests_total{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
  resources:
    overrides:
      kubernetes_namespace: {resource: "namespace"}
      kubernetes_pod_name: {resource: "pod"}
  name:
    matches: "^(.*)_total"
    as: "${1}_per_second"
```
```

Querying

查询Prometheus API的模板。ack-alibaba-cloud-adapter会根据HPA中的参数，填充参数到此模板中，然后发送给Prometheus API请求，并将获得的值最终提供给HPA进行弹性扩缩。

```
- seriesQuery: 'http_requests_total{kubernetes_namespace!="",kubernetes_pod_name!=""}'
  resources:
    overrides:
      kubernetes_namespace: {resource: "namespace"}
      kubernetes_pod_name: {resource: "pod"}
  name:
    matches: "^(.*)_total"
    as: "${1}_per_second"
  metricsQuery: 'sum(rate(<<.Series>>{<<.LabelMatchers>>}[2m])) by (<<.GroupBy>>)'
```