使用容器柔性变配降低资源使用成本和加速应用启动

在生产环境中，一般而言，Serverless Pod的资源配置是固定的，而在应对不同场景时对资源的消耗又可能是动态的。对此，容器计算服务 ACS（Container Compute Service）提供了柔性变配能力，以满足业务的规格变化场景。本文介绍ACS Pod的柔性变配，以及使用柔性变配降低资源使用成本和加速应用启动的实践。

背景介绍

在面对复杂的生产环境场景时，服务在不同的阶段对算力资源的消耗可能是动态波动的，初期对Pod的容量规划时可能面临一些挑战，如部分应用启动期间消耗大量CPU资源，应用启动后资源消耗又长时间维持在较低水位；而例如有状态或游戏业务，则需要在维持状态或维持Session连接的情况下同时满足业务上的波峰波谷。

面对多种类似的场景，Serverless Pod一方面需要具有更细粒度、更灵活的规格声明，以贴合业务的真实资源使用，另一方面如果具备动态变更规格，在业务需要时进行按需扩缩容，将可以极大地降低容量规划的难度，并产生更贴合真实资源使用的成本支出。

ACS Pod的柔性变配提供了10秒级的低延迟完成容器的CPU资源热变更的产品能力，结合ACS中提供的AVPA组件（ack-advanced-vertical-pod-autoscaler），提供多种自动变配的能力，以满足业务的规格变化场景。

说明

当前柔性变配在邀测阶段，您可以提交工单申请进行试用。
当前ACS产品支持对ComputeClass=general-purpose和ComputeQoS=default的ACS Pod CPU资源的柔性变配：
- 最大支持原始规格的100%扩容，最小支持原始规格的50%缩容。例如，一个4vCpu8Gi的ACS Pod扩缩容范围是2vCpu8Gi至8vCpu8Gi。
- 资源变配当前存在最大16Core的上限。

适用场景

柔性变配目前支持变配过程不发生容器重启，对于算力使用有一定波峰波谷的情况，都可以使用此特性来满足，比如应用启动加速、有状态应用原地变配、应用的局部算力热点等。

具体适用场景说明：

对于启动期间需要进行一些编译或预加载，使用较多算力资源，常态运行资源回落至平稳状态，可以通过启动期间分配更多CPU资源，在启动完成后降配至较低资源以稳定运行。
有状态应用，如Redis在负载增加时可以通过柔性变配进行纵向扩容。
在线应用如存在部分大请求或长连接Session导致的局部热点压力可以通过柔性变配进行纵向扩容。

说明

柔性变配后，应用Pod将按照变配后的规格进行计费。变配过程中或变配失败时仍然按照变配前的规格进行计费。

前提条件

已创建ACS集群，且版本为1.28及以上。具体操作，请参见创建ACS集群。
已使用kubectl连接Kubernetes集群。具体操作，请参见获取集群kubeconfig并通过kubectl工具连接集群。

单Pod手动规格变配操作示例

步骤一：开启原地变配的特性门控

登录容器计算服务控制台，在左侧导航栏选择集群列表。
在集群列表页面，单击目标集群名称，然后在左侧导航栏，选择运维管理 > 组件管理。
在核心组件区域选择Kube API Server > 配置。在featureGates配置项中填入InPlacePodVerticalScaling=true，开启原地变配的特性门控。
说明
配置过程中Kube API Server卡片会显示状态为操作执行中，当状态重新变为已安装时，说明原地变配的特性门控开启成功。

步骤二：对ACS Pod进行规格变配

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。

单击使用YAML创建资源，使用下面的样例YAML进行创建。YAML中的scaling.alibabacloud.com/enable-inplace-resource-resize: 'true'表示为当前Pod启用柔性变配。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: demo
  name: demo
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: demo
  template:
    metadata:
      annotations:
        scaling.alibabacloud.com/enable-inplace-resource-resize: 'true'  # 声明开启柔性变配
      labels:
        alibabacloud.com/compute-class: general-purpose
        alibabacloud.com/compute-qos: default
        app: demo
    spec:
      containers:
        - image: 'registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs-demo-ns/demo-java:java-with-metrics-v1'
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          name: spring
          ports:
            - containerPort: 8080
              protocol: TCP
          resources:
            limits:
              cpu: 1
              memory: 4Gi
            requests:
              cpu: 1
              memory: 4Gi

Pod Annotations配置项	配置项描述	Value

Pod Annotations配置项	配置项描述	Value
scaling.alibabacloud.com/enable-inplace-resource-resize	在创建Pod时指定，描述当前ACS Pod启用柔性变配。	true

创建完成后在容器组页面点击编辑，手动把容器CPU资源从1修改为2，然后点击更新。
可以看到，启用柔性变配能力后，当前Pod可以不重启直接变更规格。
说明
柔性变配功能同样会受到ACS资源规整的约束。如果变配后的配置规格超出了所支持的范围，会被自动规整至最接近的规格。

使用自动柔性变配加速应用启动示例

以一个典型Java应用为例，在应用启动阶段会在类加载、字节码编译等动作上消耗大量资源，而进入稳态后这部分资源将被释放出来。因此从应用快速启动，并且在常态运行中降低成本的角度考虑，我们需要有一种方式能让Serverless Pod在启动阶段使用更多资源，而服务启动完成后将资源进行降配。

ACS提供了Java应用启动加速的功能，您可以通过配置描述将一个ACS Pod以声明规格的一定倍数进行启动，在启动完成后自动降配至原始规格。关于JVM参数详细配置，请参见Java应用启动加速的JVM参数配置。

使用限制

启动加速功能：启动加速功能依赖Pod的Ready状态来控制降配。若未配置就绪探针，容器一旦启动，即被认定为成功，并立即触发自动降配倒计时。建议在启用启动加速功能的Pod上配置就绪探针。
容器重启场景：在期望容器重启时自动进行启动加速的场景中，若未配置就绪探针，可能会导致无法自动升配。
资源配置要求：启动加速功能依赖Pod的原始资源来计算升配资源。因此，必须配置原始Requests和Limits值，否则可能无法应用启动加速功能。

步骤一：开启原地变配的特性门控

请参见步骤一：开启原地变配的特性门控。

步骤二：安装ack-advanced-vertical-pod-autoscaler组件

在左侧导航栏，选择应用> Helm，搜索并安装ack-advanced-vertical-pod-autoscaler组件。具体操作，请参见使用Helm管理ACS应用。

步骤三：使用柔性变配加速应用启动

通过YAML创建一个Java的工作负载，并开启启动加速特性。YAML中除了scaling.alibabacloud.com/enable-inplace-resource-resize: 'true'之外，还需要通过alibabacloud.com/startup-cpu-burst-factor和alibabacloud.com/startup-cpu-burst-duration-seconds注解来配置启动扩容倍数和自动降配时间。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: spring-with-burst
  name: spring-with-burst
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: spring-with-burst
  template:
    metadata:
      annotations:
        alibabacloud.com/startup-cpu-burst-factor: '2' #设置启动扩容倍数为2, 即初始2C会以4C启动，容器Ready状态后缩容回初始状态
        alibabacloud.com/startup-cpu-burst-duration-seconds: "30" #不填则默认在Pod Ready后30秒自动降配
        scaling.alibabacloud.com/enable-inplace-resource-resize: 'true' # 声明开启柔性变配 
      labels:
        alibabacloud.com/compute-class: general-purpose
        alibabacloud.com/compute-qos: default
        app: spring-with-burst
    spec:
      containers:
        - image: 'registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/acs-demo-ns/demo-java:java-with-metrics-v1'
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          name: spring
          ports:
            - containerPort: 8080
              protocol: TCP
          resources:
            limits:
              cpu: 1
              memory: 4Gi
            requests:
              cpu: 1
              memory: 4Gi
          readinessProbe:
            tcpSocket:
              port: 8080
            initialDelaySeconds: 20
            periodSeconds: 10

Pod Annotations配置项	配置项描述	Value

Pod Annotations配置项	配置项描述	Value
scaling.alibabacloud.com/enable-inplace-resource-resize	在创建Pod时指定，描述当前ACS Pod启用柔性变配。	支持取值：true。
alibabacloud.com/startup-cpu-burst-factor	在创建Pod时指定，描述当前ACS Pod以原始规格的倍数进行启动。	支持取值：2。说明目前柔性变配只支持将Pod规格变配至原本的2倍。例如原始规格为`2vCpu`，则启动时以`4vCpu`进行启动。
alibabacloud.com/startup-cpu-burst-duration-seconds	在创建Pod时指定，描述当前ACS Pod在启动完成一定秒数后进行降配。	支持取值：大于等于30。说明默认值为30秒，当Pod进入Ready状态30秒后进行降配。若Pod一直不Ready，Pod会一直保持在升配状态。
alibabacloud.com/startup-cpu-burst-disable-restart	可选，在创建Pod时指定，配置当前ACS Pod在容器重启时禁止升配。	支持取值：true。说明不配置该配置项表示启用容器重启时自动升配。

步骤四：观察Pod的创建和服务启动过程

创建完成后，进入应用详情，此时可以看到Pod以2vCpu4Gi的规格进行创建。在启动完成并达到预设的延迟等待时间后，Pod规格会自动降配至1vCpu4Gi。

查看Pod事件。
在事件页面中选择Pod，会透出具体的降配信息。在本示例中为Starting to resize resource down for container: spring cpu: 2 -> 1, memory: 4Gi -> 4Gi。

说明

除了通过查看事件来观察变配过程外，您还可以通过检查Pod的status.resize字段是否非空来判断是否处于变配过程中。

查看Pod监控。
通过监控页面可以看到CPU Info信息中，CPU存在一个变化的过程。

步骤五：观察Pod容器重启后服务启动过程

自组件的0.0.2版本起，已支持Pod重启后默认开启变配。您可以通过在注解中配置alibabacloud.com/startup-cpu-burst-disable-restart来显式禁用该功能。

我们采用向容器中的1号进程发送kill信号的方式，来模拟容器发生崩溃的情况，进而观察容器在重启过程中是否能够自动加速。在执行命令时，需将其中的{POD_NAME}替换为实际生成的实例名。

kubectl exec -it {POD_NAME} -- kill 1

当容器重启时，可以看到Pod将会变配到2vCpu4G，并在新容器启动完成并达到预设的延迟等待时间后，Pod规格会自动降配至1vCpu4Gi。

查看Pod事件。
在事件页面中选择Pod，会透出具体的升配和降配信息。在本示例中为Starting to resize resource for container: spring cpu: 1 -> 2, memory: 4Gi -> 4Gi 和 Starting to resize resource for container: spring cpu: 2 -> 1, memory: 4Gi -> 4Gi。
查看Pod监控。
通过监控页面可以看到CPU Info信息中，CPU存在一个变化的过程。