探索Kubernetes HPA

HPA简介

HPA（Horizontal Pod Autoscaler）是kubernetes（以下简称k8s）的一种资源对象，能够根据某些指标对在statefulSet、replicaController、replicaSet等集合中的pod数量进行动态伸缩，使运行在上面的服务对指标的变化有一定的自适应能力。

HPA目前支持四种类型的指标，分别是Resource、Object、External、Pods。其中在稳定版本autoscaling/v1中只支持对CPU指标的动态伸缩，在测试版本autoscaling/v2beta2中支持memory和自定义指标的动态伸缩，并以annotation的方式工作在autoscaling/v1版本中。

HPA在k8s中的结构

首先可以看一下HPA在k8s中的结构，这里找了一个k8s官方给出的HPA例子，我在关键字段上给出一些注释方便理解。

  - type: Pods
    pods:
      metric:
        name: packets-per-second
      # AverageValue类型的目标值，Pods指标类型下只支持AverageValue类型的目标值
      target:
        type: AverageValue
        averageValue: 1k
  # External类型的指标
  - type: External
    external:
      metric:
        name: queue_messages_ready
        # 该字段与第三方的指标标签相关联，（此处官方文档有问题，正确的写法如下）
        selector:
          matchLabels:
            env: "stage"
            app: "myapp"
      # External指标类型下只支持Value和AverageValue类型的目标值
      target:
        type: AverageValue
        averageValue: 30

autoscaling/v1版本将metrics字段放在了annotation中进行处理。

target共有3种类型：Utilization、Value、AverageValue。Utilization表示平均使用率；Value表示裸值；AverageValue表示平均值。

metrics中的type字段有四种类型的值：Object、Pods、Resource、External。
Resource指的是当前伸缩对象下的pod的cpu和memory指标，只支持Utilization和AverageValue类型的目标值。
Object指的是指定k8s内部对象的指标，数据需要第三方adapter提供，只支持Value和AverageValue类型的目标值。
Pods指的是伸缩对象（statefulSet、replicaController、replicaSet）底下的Pods的指标，数据需要第三方的adapter提供，并且只允许AverageValue类型的目标值。
External指的是k8s外部的指标，数据同样需要第三方的adapter提供，只支持Value和AverageValue类型的目标值。

HPA动态伸缩的原理

HPA在k8s中也由一个controller控制，controller会间隔循环HPA，检查每个HPA中监控的指标是否触发伸缩条件，默认的间隔时间为15s。一旦触发伸缩条件，controller会向k8s发送请求，修改伸缩对象（statefulSet、replicaController、replicaSet）子对象scale中控制pod数量的字段。k8s响应请求，修改scale结构体，然后会刷新一次伸缩对象的pod数量。伸缩对象被修改后，自然会通过list/watch机制增加或减少pod数量，达到动态伸缩的目的。

HPA伸缩过程叙述

HPA的伸缩主要流程如下：

1.判断当前pod数量是否在HPA设定的pod数量区间中，如果不在，过小返回最小值，过大返回最大值，结束伸缩。

2.判断指标的类型，并向api server发送对应的请求，拿到设定的监控指标。一般来说指标会根据预先设定的指标从以下三个aggregated APIs中获取：metrics.k8s.io、custom.metrics.k8s.io、 external.metrics.k8s.io。其中metrics.k8s.io一般由k8s自带的metrics-server来提供，主要是cpu，memory使用率指标，另外两种需要第三方的adapter来提供。custom.metrics.k8s.io提供自定义指标数据，一般跟k8s集群有关，比如跟特定的pod相关。external.metrics.k8s.io同样提供自定义指标数据，但一般跟k8s集群无关。许多知名的第三方监控平台提供了adapter实现了上述api（如prometheus），可以将监控和adapter一同部署在k8s集群中提供服务，甚至能