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使用容器水平伸缩（HPA）

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如果您想基于CPU使用率、内存使用率或其他自定义指标实现Pod的自动扩缩，建议您为业务容器开启水平伸缩HPA（Horizontal Pod Autoscaler）功能。HPA能够在业务负载急剧飙升时快速扩容多个Pod副本来缓解压力，也可以在业务负载变小时根据实际情况适当缩容以节省资源，无需您人为干预。HPA适用于服务波动较大、服务数量多且需要频繁扩缩容的业务场景，例如电商服务、线上教育、金融服务等。

阅读前提示

为了帮助您更好地使用HPA功能，建议您在阅读本文前参见Kubernetes官方文档Pod 水平自动扩缩了解HPA相关的基础原理、算法细节、可配置的扩缩行为等等。

此外，ACK集群提供了多种工作负载伸缩（调度层弹性）和节点伸缩（资源层弹性）方案，建议您在使用本文档前阅读弹性伸缩概述，了解不同方案的适用场景、使用限制等。

前提条件

通过容器服务控制台创建HPA应用

阿里云容器服务已经集成了HPA。您可以通过容器服务控制台创建HPA应用。您可以在新建应用时候创建HPA，也可以为已有应用开启HPA。推荐您为一个工作负载仅创建一个HPA。

在创建应用时创建HPA

以下以无状态应用Deployment为例，介绍如何为已有应用开启HPA。其他工作负载类型的步骤类似。

  1. 登录容器服务管理控制台，在左侧导航栏选择集群。

  2. 在集群列表页面，单击目标集群名称，然后在左侧导航栏，选择工作负载 > 无状态。

  3. 在无状态页面，单击使用镜像创建。

  4. 在创建页面，按照页面提示完成应用基本信息配置、容器配置、服务配置和伸缩配置，创建一个支持HPA的Deployment。

    具体步骤及配置项说明，请参见创建无状态工作负载Deployment。下文仅介绍主要配置项。

    • 应用基本信息：配置应用的名称、副本数量等。

    • 容器配置：配置镜像，并配置所需的CPU和内存资源。

      您可以使用资源画像功能对资源使用量历史数据进行分析，获取配置容器Request和Limit的相关建议。更多信息，请参见资源画像。

      重要

      请为应用设置所需的请求（Request）资源，否则无法进行容器自动伸缩。

    • 高级配置：

      • 在访问设置区域，单击服务（Service）对应的创建，配置Service。

      • 在伸缩配置区域，勾选指标伸缩的开启，配置伸缩的条件和参数。

        • 指标：支持CPU和内存，需要和设置的所需资源类型相同。当同时指定CPU和内存资源类型时，HPA会在检测到任何一个指标达到扩缩阈值后执行扩缩容操作。

        • 触发条件：资源使用率的百分比，超过该使用量，容器开始扩容。有关Pod水平自动扩缩的算法，请参见算法细节。

        • 最大副本数：该Deployment可扩容的容器数量上限。该值需要大于最小副本数。

        • 最小副本数：该Deployment可缩容的容器数量下限。该值需要设置为大于等于1的整数。

为已有应用创建HPA

以下以无状态应用Deployment为例，介绍如何为已有应用开启HPA。其他工作负载类型的步骤类似。

在工作负载页面创建

  1. 登录容器服务管理控制台，在左侧导航栏选择集群。

  2. 在集群列表页面，单击目标集群名称，然后在左侧导航栏，选择工作负载 > 无状态。

  3. 在无状态页面，单击目标应用名称，单击容器伸缩页签，然后单击HPA区域的创建。

  4. 在创建对话框，按照页面提示设置伸缩的配置。

    • 名称：HPA策略名称。

    • 监控项：支持CPU和内存，需要和设置的所需资源类型相同。当同时指定CPU和内存资源类型时，HPA会在检测到任何一个指标达到扩缩阈值后执行扩缩容操作。

    • 阈值：资源使用率的百分比，超过该使用量，容器开始扩容。有关Pod水平自动扩缩的算法，请参见算法细节。

    • 最大容器数量：该Deployment可扩容的容器数量上限。该值需要大于最小副本数。

    • 最小容器数量：该Deployment可缩容的容器数量下限。该值需要设置为大于等于1的整数。

在工作负载伸缩页面创建

说明

此页面目前白名单开放中。如需使用，请提交工单申请。

  1. 登录容器服务管理控制台，在左侧导航栏选择集群。

  2. 在集群列表页面，单击目标集群名称，然后在左侧导航栏，选择自动伸缩 > 工作负载伸缩。

  3. 在页面右上角，单击创建自动伸缩，选择目标工作负载，然后在水平伸缩页签下勾选HPA选项，按照页面提示配置HPA策略。

    • 伸缩策略名称：HPA策略名称。

    • 最小容器数量：该工作负载可缩容的容器数量下限。该值需要设置为大于等于1的整数。

    • 最大容器数量：该工作负载可扩容的容器数量上限。该值需要大于最小副本数。

    • 监控项：支持CPU和内存，需要和设置的所需资源类型相同。当同时指定CPU和内存资源类型时，HPA会在检测到任何一个指标达到扩缩阈值后执行扩缩容操作。

    • 阈值：资源使用率的百分比，超过该使用量，容器开始扩容。有关Pod水平自动扩缩的算法，请参见算法细节。

结果验证

  1. 在集群列表页面，单击目标集群名称，然后在左侧导航栏，选择自动伸缩 > 工作负载伸缩。

  2. 单击水平伸缩页签，然后选择HPA，查看扩缩容状态和任务列表。

说明

在实际使用环境中，应用会根据Pod负载进行伸缩。您也可以在测试环境中进行Pod压测，验证水平伸缩情况。

通过kubectl命令创建HPA应用

您也可以通过编排模板来手动创建HPA，并将其绑定到要伸缩的Deployment对象上，通过kubectl命令实现容器自动伸缩配置。推荐您为一个工作负载仅创建一个HPA。下文以部署支持HPA的Nginx应用为例。

  1. 创建并复制以下内容到nginx.yml中。

    重要

    实现HPA时，需为Pod设置request资源，否则HPA无法运行。您可以使用资源画像功能对资源使用量历史数据进行分析，获取配置容器Request和Limit的相关建议。更多信息，请参见资源画像。

    展开查看YAML示例 

    apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx  
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9 # 替换为实际的<image_name:tags>。
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          requests:                         # 必须设置，否则HPA无法运行。
            cpu: 500m

  2. 执行以下命令，创建Nginx应用。

    kubectl apply -f nginx.yml

  3. 创建并复制以下内容到hpa.yml中，用于创建HPA。

    通过scaleTargetRef设置当前HPA绑定的对象。本例中绑定名为nginx的Deployment，在确保所有Pod中容器的平均CPU使用率达到50%时触发扩缩操作。

    v1.24及以上

    apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: nginx-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx
  minReplicas: 1  # Deployment可缩容的容器数量下限，需设置为大于等于1的整数。
  maxReplicas: 10  # 该Deployment可扩容的容器数量上限，需大于minReplicas。
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50 # 目标资源的平均利用率，即资源使用量的平均值与其请求量之间的比例。

    v1.24以下

    v1.24及以下

    apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: nginx-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx
  minReplicas: 1  # 需要为大于等于1的整数。
  maxReplicas: 10  # 需要大于最小副本数。
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

    如果需要同时指定CPU和内存指标，您可以在metrics字段下同时指定cpu和memory类型的资源，而不是创建2个HPA。当HPA检测到任何一个指标达到扩缩阈值后，便会执行扩缩容操作。

    metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50
  - type: Resource
    resource:
      name: memory
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

  4. 执行以下命令，创建HPA。

    kubectl apply -f hpa.yml

    此时，执行kubectl describe hpa <HPA名称>（本示例的HPA名称为nginx-hpa.yml），预期输出的警告信息如下，表明HPA仍在部署中。您可以执行kubectl get hpa命令查看HPA的状态。

    Warning  FailedGetResourceMetric       2m (x6 over 4m)  horizontal-pod-autoscaler  missing request for cpu on container nginx in pod default/nginx-deployment-basic-75675f5897-mqzs7

Warning  FailedComputeMetricsReplicas  2m (x6 over 4m)  horizontal-pod-autoscaler  failed to get cpu utilization: missing request for cpu on container nginx in pod default/nginx-deployment-basic-75675f5

  5. 等待HPA创建成功且Pod达到伸缩条件后（本示例为Nginx的Pod CPU利用率超过50%），再次执行kubectl describe hpa <HPA的名称>命令，查看水平伸缩情况。

    预期输出如下，表明HPA正常运行。 

    Type    Reason             Age   From                       Message
  ----    ------             ----  ----                       -------
  Normal  SuccessfulRescale  5m6s  horizontal-pod-autoscaler  New size: 1; reason: All metrics below target

相关操作

从v1.18开始，K8s v2beta2 API允许通过HPA的behavior字段配置扩缩行为。behavior字段中的scaleUp和scaleDown分别用于指定扩容、缩容行为。使用behavior字段时，请确保此字段在您使用的Kubernetes版本中已GA。

配置Pod只扩容或缩容

当您在使用HPA时，如果期望只进行Pod扩容或只进行Pod缩容，您可以通过selectPolicy字段来实现。更多信息，请参见配置扩缩行为。

  • 默认值：均不禁止。

  • 禁止扩容：selectPolicy的值Disabled会关闭给定方向的扩容。以下策略将会阻止Pod扩容。

    behavior:
  scaleUp:
    selectPolicy: Disabled

  • 禁用缩容：selectPolicy的值Disabled会关闭给定方向的缩容。以下策略将会阻止Pod缩容。

    behavior:
  scaleDown:
    selectPolicy: Disabled

配置稳定窗口

当扩缩容指标频繁波动时，您可以在behavior字段中添加stabilizationWindowSeconds字段，设定一段时间的稳定窗口，限制副本数量的波动。此窗口可以指定HPA Controller在触发扩缩容前需观察多久的指标数据，以判断系统的期望状态，防止因短期的指标波动导致过度频繁或不必要的扩缩容。

在下方示例中，当指标显示目标应该缩容时，自动扩缩算法会将过去5分钟的所有期望状态考虑在内，使用窗口期内的最大值。

behavior:
  scaleDown:
    stabilizationWindowSeconds: 300

常见问题

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其他相关操作文档

其他工作负载伸缩方案

  • 如果您的应用资源使用率存在周期性变化，需要按照类似Crontab的策略定时对Pod进行扩缩容，请参见使用容器定时水平伸缩（CronHPA）。

  • 如果您的应用资源使用率存在周期性变化，但难以通过规则定义，您可以选择AHPA，以根据业务历史指标自动识别业务水位周期，进行Pod扩缩容，请参见AHPA概述。

  • 如需基于Pod的资源使用情况自动为Pod设置资源占用的限制，从而让Pod获得足够的计算资源，请参见使用容器垂直伸缩（VPA）。

  • 如需基于消息队列、定时策略、自定义指标等Kubernetes事件灵活自定义扩缩容策略，对Pod进行扩缩容，请参见事件驱动弹性。

搭配方案

您可以将HPA与节点自动伸缩功能搭配使用，在集群节点资源不足时，实现节点的自动扩缩。更多信息，请参见启用节点自动伸缩。

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