使用 tke-autoscaling-placeholder 实现秒级弹性伸缩

操作场景

如 TKE 集群配置了节点池并启用弹性伸缩，则在节点资源不够时可以触发节点的自动扩容（自动购买机器并加入集群），该扩容流程需要一定的时间才能完成，在一些流量突高的场景，该扩容速度可能会显得太慢，影响业务正常运行。而 tke-autoscaling-placeholder 可以用于在 TKE 上实现秒级伸缩，应对流量突高场景。本文将介绍如何使用 tke-autoscaling-placeholder 实现秒级弹性伸缩。

实现原理

tke-autoscaling-placeholder 利用低优先级的 Pod 对资源进行提前占位（带 request 的 pause 容器，实际消耗资源量低），为一些可能会出现流量突高的高优先级业务预留部分资源作为缓冲。当需要扩容 Pod 时，高优先级的 Pod 就可以快速抢占低优先级 Pod 的资源进行调度，而低优先级的 tke-autoscaling-placeholder 的 Pod 则会被“挤走”，状态变成 Pending，如果配置了节点池并启用弹性伸缩，将会触发节点的扩容。由于通过一些资源作为缓冲，即使节点扩容慢，也能保证一些 Pod 能够快速扩容并调度上，实现秒级伸缩。调整预留的缓冲资源多少，可根据实际需求调整 tke-autoscaling-placeholder 的 request 或副本数。

使用限制

使用 tke-autoscaling-placeholder 应用，集群版本需要在1.18以上。

操作步骤

安装 tke-autoscaling-placeholder

1. 登录 容器服务控制台。
2. 在左侧导航栏中，单击应用市场进入“应用市场”管理页面。
3. 在应用市场页面搜索框，输入 tke-autoscaling-placeholder 进行搜索，找到该应用。如下图所示：
   
4. 在“应用详情页”中，单击“基本信息”模块中的创建应用。
5. 在弹出的“创建应用”窗口中，按需配置并创建应用。如下图所示：
   
   配置说明如下：
   • 名称：输入应用名称。最长63个字符，只能包含小写字母、数字及分隔符“-”，且必须以小写字母开头，数字或小写字母结尾。
   • 地域：选择需要部署的所在地域。
   • 集群类型：选择标准集群。
   • 集群：选择需要部署的集群 ID。
   • Namespace：选择需要部署的 namespace。
   • Chart 版本：选择需要部署的 Chart 版本。
   • 参数：配置参数中最重要的是 replicaCount 与 resources.request，分别表示 tke-autoscaling-placeholder 的副本数与每个副本占位的资源大小，它们共同决定缓冲资源的大小，可以根据流量突高需要的额外资源量来估算进行设置。
     tke-autoscaling-placeholder 完整参数配置说明请参考如下表格：

     参数名称	描述	默认值
     replicaCount	placeholder 的副本数	10
     image	placeholder 的镜像地址	ccr.ccs.tencentyun.com /library/pause:latest
     resources.requests.cpu	单个 placeholder 副本占位的 CPU 资源大小	300m
     resources.requests.memory	单个 placeholder 副本占位的内存大小	600Mi
     lowPriorityClass.create	是否创建低优先级的 PriorityClass (用于被 placeholder 引用)	true
     lowPriorityClass.name	低优先级的 PriorityClass 的名称	low-priority
     nodeSelector	指定 placeholder 被调度到带有特定 label 的节点	{}
     tolerations	指定 placeholder 要容忍的污点	[]
     affinity	指定 placeholder 的亲和性配置	{}

6. 单击创建，部署 tke-autoscaling-placeholder 应用。
7. 执行如下命令，查看进行资源占位的 Pod 是否启动成功。示例如下：
   

   $ kubectl get pod -n default
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-2p6ww   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-55jw7   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-6rq9r   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-7c95t   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-bfg8r   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-cfqt6   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-gmfmr   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-grwlh   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-ph7vl   1/1     Running   0          8s
   tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-xmrmv   1/1     Running   0          8s

部署高优先级 Pod

tke-autoscaling-placeholder 默认优先级较低，其中业务 Pod 可以指定一个高优先的 PriorityClass，方便抢占资源实现快速扩容。如果还未创建 PriorityClass，您可以参考如下示例进行创建：

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: high-priority
value: 1000000
globalDefault: false
description: "high priority class"

在业务 Pod 中指定 priorityClassName 为高优先的 PriorityClass。示例如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 8
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      priorityClassName: high-priority # 这里指定高优先的 PriorityClass
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        resources:
          requests:
            cpu: 400m
            memory: 800Mi

当集群节点资源不够时，扩容出来的高优先级业务 Pod 就可以将低优先级的 tke-autoscaling-placeholder 的 Pod 资源抢占过来并调度上，此时 tke-autoscaling-placeholder 的 Pod 状态将变成 Pending。示例如下：

$ kubectl get pod -n default
NAME                                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-bf79bbc8b-5kxcw                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-5xhbx                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-bmzff                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-l2vht                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-q84jq                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-tq2sx                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-tqgxg                         1/1     Running   0          23s
nginx-bf79bbc8b-wz5w5                         1/1     Running   0          23s
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-255r8   0/1     Pending   0          23s
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-4vt8r   0/1     Pending   0          23s
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-55jw7   1/1     Running   0          94m
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-7c95t   1/1     Running   0          94m
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-ph7vl   1/1     Running   0          94m
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-qjrsx   0/1     Pending   0          23s
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-t5qdm   0/1     Pending   0          23s
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-tgvmw   0/1     Pending   0          23s
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-xmrmv   1/1     Running   0          94m
tke-autoscaling-placeholder-b58fd9d5d-zxtwp   0/1     Pending   0          23s

如果配置了节点池弹性伸缩，则将触发节点的扩容，虽然节点速度慢，但由于缓冲资源已分配到业务 Pod，业务能够快速得到扩容，因此不会影响业务的正常运行。

总结

本文介绍了用于实现秒级伸缩的工具 tke-autoscaling-placeholder，巧妙的利用了 Pod 优先级与抢占的特点，提前部署一些用于占位资源的低优先级“空 Pod” 作为缓冲资源填充，在流量突高并且集群资源不够的情况下抢占这些低优先级的“空 Pod” 的资源，同时触发节点扩容，实现在资源紧张的情况下也能做到秒级伸缩，不影响业务正常运行。

相关文档

• Pod 优先级与抢占
• 创建节点池