零基礎(chǔ)攻略！如何使用kubectl和HPA擴(kuò)展Kubernetes應(yīng)用程序

現(xiàn)如今，Kubernetes已經(jīng)完全改變了軟件開發(fā)方式。Kubernetes作為一個(gè)管理容器化工作負(fù)載及服務(wù)的開源平臺(tái)，其擁有可移植、可擴(kuò)展的特性，并促進(jìn)了聲明式配置和自動(dòng)化，同時(shí)它還證明了自己是管理復(fù)雜微服務(wù)的主要參與者。而Kubernetes之所以能夠在業(yè)界被廣泛采用，究其原因是Kubernetes迎合了以下需求：

• 企業(yè)想要在不斷地增長(zhǎng)的同時(shí)維持低成本

• DevOps想要一個(gè)可以大規(guī)模運(yùn)行應(yīng)用程序的穩(wěn)定平臺(tái)

• 開發(fā)人員希望有一個(gè)可靠并且可復(fù)制的流程來編寫、測(cè)試和debug代碼

但是，你是否考慮過如何在使用實(shí)際需要的資源的同時(shí)獲得強(qiáng)大的容器編排平臺(tái)？最佳資源利用的關(guān)鍵是知道需要擴(kuò)展什么應(yīng)用程序以及何時(shí)需要擴(kuò)展應(yīng)用程序。因此，在本文中，我們將討論和學(xué)習(xí)如何擴(kuò)展Kubernetes容器，并且我們將特別關(guān)注兩類服務(wù)：kubectl和Horizontal Pod Autoscaler(HPA)。
 

kubectl

在絕大部分情況下和Kubernetes交互是通過一個(gè)名為kubectl的命令行工具。kubectl主要用于和Kubernetes API進(jìn)行通信來創(chuàng)建、更新以及刪除在Kubernetes內(nèi)的工作負(fù)載。在下文中，我們將提供一些常見的命令，你可以利用它們開始管理Kubernetes。

大部分常見的kubectl命令都提供了要執(zhí)行的特定操作或動(dòng)作，比如創(chuàng)建、刪除等。這一方法通常涉及解釋描述Kubernetes中的對(duì)象（pod、服務(wù)、資源等）的文件（YAML或JSON）。這些文件可用于模板以及環(huán)境中的持續(xù)文件，并且?guī)椭３諯ubernetes對(duì)聲明式配置的關(guān)注。命令行所指定的操作將會(huì)傳遞到API Server，然后根據(jù)需要與Kubernetes中的后端服務(wù)進(jìn)行通信。下方的表格可以幫助你安裝kubectl：
 

 
請(qǐng)注意：隨著新版本的發(fā)布，適用于Windows的kubectl的最佳版本會(huì)有所變化。想要找到目前最合適的二進(jìn)制文件，請(qǐng)?jiān)L問以下網(wǎng)址：
 
https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt

并根據(jù)需要調(diào)整上述URL。

kubectl 句法

kubectl句法如下：
 

kubectl [command] [TYPE] [NAME] [flags]

• Command：指你想要執(zhí)行的動(dòng)作（創(chuàng)建、刪除等）

• Type：指你要針對(duì)其執(zhí)行命令的資源類型(Pod、Service等)

• Name：資源對(duì)象的名稱（區(qū)分大小寫），如果你不指定一個(gè)名稱，它會(huì)獲取所有與你命令匹配的資源信息。

• Flags：這部分在句法中不是必要的，但是當(dāng)需要查找指定資源時(shí)，十分有用。例如，-namespace可以讓你指定一個(gè)特定的命名空間，以在其中執(zhí)行操作。
   
  kubectl操作

以下示例可以幫助你熟悉運(yùn)行常用的kubectl操作：
 

kubectl apply - Apply or Update a resource from a file or stdin.

# Create a service using the definition in example-service.yaml.

kubectl apply -f example-service.yaml

kubectl get - List one or more resources.

# List all pods in plain-text output format.

kubectl get pods

# List all pods in plain-text output format and include additional information (such as node name).

kubectl describe - Display detailed state of one or more resources, including the uninitialized ones by default.

# Display the details of the node with name <node-name>.

kubectl describe nodes <node-name>

kubectl delete - Delete resources either from a file, stdin, or specifying label selectors, names, resource selectors, or resources.

# Delete a pod using the type and name specified in the pod.yaml file.

kubectl delete -f pod.yaml

# Delete all the pods and services that have the label name=<label-name>.

kubectl delete pods,services -l name=<label-name>

kubectl logs - Print the logs for a container in a pod.

# Return a snapshot of the logs from pod <pod-name>.

kubectl logs <pod-name>

# Start streaming the logs from pod <pod-name>. This is similar to the 'tail -f' Linux command.

kubectl logs -f <pod-name>

 
以上都是kubectl中常用的操作，如果你想了解更多，可以查閱kubectl的官方指南。此外，我們?cè)谕诘奈恼轮幸灿薪榻B：
 
你一定會(huì)用到的7條kubectl命令
 
使用Kubectl管理Kubernetes的全解教程
 

Horizontal Pod Autoscaler（HPA）

Pod水平自動(dòng)伸縮（HPA）是Kubernetes的一個(gè)重要功能，它可以讓你配置集群以自動(dòng)伸縮正在運(yùn)行的服務(wù)。HPA實(shí)現(xiàn)為一種Kubernetes API資源和controller。資源決定controller的行為，controller會(huì)定期調(diào)整replication controller或部署中的副本數(shù)量，使觀察到的平均CPU利用率與用戶指定的目標(biāo)相匹配。

同時(shí)，HPA實(shí)現(xiàn)為控制回路，其周期由controller manager的–horizontal-pod-autoscaler-sync-period標(biāo)志控制（默認(rèn)值為30秒）。
 

在每個(gè)周期期間，controller manager 會(huì)根據(jù)每個(gè)HPA定義中指定的指標(biāo)來查詢資源利用率。Controller manager會(huì)從資源指標(biāo)API（針對(duì)per-pod資源指標(biāo)）或自定義指標(biāo)API（針對(duì)所有其他指標(biāo)）中獲得指標(biāo)。
 

• 針對(duì)per-pod資源指標(biāo)（如CPU）,controller會(huì)從資源指標(biāo)API中為HPA定位的每個(gè)Pod獲取指標(biāo)。然后，如果設(shè)置了目標(biāo)利用率值，則controller將會(huì)把利用率值計(jì)算為每個(gè)pod中容器的同等資源請(qǐng)求的百分比。如果設(shè)置了目標(biāo)原始值，則直接使用原始指標(biāo)值。然后，controller將所有目標(biāo)pod的利用率或原始值（取決于指定的目標(biāo)類型）取平均值，并產(chǎn)生一個(gè)用于伸縮所需副本數(shù)量的比率。
   
• 針對(duì)per-pod自定義指標(biāo)，controller的功能類似于per-pod資源指標(biāo)，但它適用于原始值，而非利用率值。
   
• 對(duì)于對(duì)象指標(biāo)，將會(huì)獲取單個(gè)指標(biāo)（該指標(biāo)描述了所討論的對(duì)象），并將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，以產(chǎn)生用于伸縮所需副本數(shù)量的比率。

HPA controller將會(huì)通過兩種不同的方式獲取指標(biāo)：direct Heapster access和REST client access。當(dāng)使用direct Heapster access時(shí)，HPA將會(huì)通過API server的服務(wù)代理子資源直接查詢Heapster。請(qǐng)注意，Heapster需要部署在集群上并在kube-system命名空間中運(yùn)行。

HPA的工作流程包含以下四個(gè)步驟，如圖所示：

1. 在設(shè)置默認(rèn)30秒間隔期間，HPA會(huì)持續(xù)檢查你所配置的指標(biāo)值

2. 如果達(dá)到指定閾值，則HPA嘗試增加pod的數(shù)量

3. HPA主要更新在部署中或replication controller中的副本數(shù)量

4. 然后，部署/replication controller將會(huì)添加任何額外所需的pod
    
   
    
   當(dāng)你推出HPA時(shí)請(qǐng)考慮以下因素：

• 默認(rèn)的HPA檢查間隔是30秒，這個(gè)默認(rèn)值可以通過controller manager的— horizontal-pod-autoscaler-sync-period標(biāo)志進(jìn)行配置。

• 默認(rèn)的HPA相關(guān)指標(biāo)容差為10%。

• 在上一次擴(kuò)展事件之后，HPA將會(huì)等待3分鐘，以使指標(biāo)穩(wěn)定下來。這一等待事件同樣可以通過— horizontal-pod-autoscaler-upscale-delay標(biāo)志進(jìn)行配置。

• 從上一次縮小事件開始，HPA將會(huì)等待5分鐘，以避免autoscaler抖動(dòng)。同樣可以通過— horizontal-pod-autoscaler-downscale-delay標(biāo)志進(jìn)行配置。

• 與replication controller相比，HPA最適合與部署對(duì)象或Pod指標(biāo)配合使用，不適用于使用直接操作的replication controller的滾動(dòng)更新。當(dāng)你進(jìn)行部署時(shí)，需要根據(jù)部署對(duì)象來管理底層副本集的大小。

• 當(dāng)HPA與自定義指標(biāo)（如Pod指標(biāo)或?qū)ο笾笜?biāo)）一起使用時(shí)，你需要決定何時(shí)進(jìn)行伸縮。由于Kubernetes支持多種指標(biāo)，因此你可以同時(shí)使用多種指標(biāo)來決定伸縮的時(shí)間。請(qǐng)注意，Kubernetes會(huì)依照次序來考慮每個(gè)指標(biāo)。更多示例請(qǐng)查閱：
  https://kubernetes.io/docs/tasks/run-application/horizontal-pod-autoscale
   

結(jié) 論

 
在本文中，我們討論了兩種擴(kuò)展Kubernetes應(yīng)用程序的主要工具，兩者都是所有Kubernetes服務(wù)的關(guān)鍵組件。我們看到了如何安裝并且使用不同的功能，如應(yīng)用、獲取、刪除、描述以及kubectl的日志等。同時(shí)，我們回顧并了解有關(guān)Horizontal Pod Autoscaler的信息，例如它是如何工作的以及它對(duì)任意Kubernetes服務(wù)的重要性。在擴(kuò)展微服務(wù)應(yīng)用程序時(shí)，kubectl和HPA都是Kubernetes的重要功能。

在上個(gè)月發(fā)布的Rancher 2.3中，已經(jīng)集成了HPA功能，可以在Rancher中通過UI使用。目前，Rancher 2.3也已經(jīng)stable，如果想要更全面地了解Rancher 2.3關(guān)注我們下周三晚上的Rancher K8S云課堂吧！
 

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