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Cluster AutoScaler

Cluster AutoScaler 是一个自动扩展和收缩 Kubernetes 集群 Node 的扩展。当集群容量不足时,它会自动去 Cloud Provider (支持 GCE、GKE和AWS)创建新的 Node,而在 Node 长时间资源利用率很低时自动将其删除以节省开支。

Cluster AutoScaler 独立于 Kubernetes 主代码库,维护在 https://github.com/kubernetes/autoscaler

部署

Cluster AutoScaler v1.0+ 可以基于Docker镜像 gcr.io/google_containers/cluster-autoscaler:v1.0.0 来部署,详细的部署步骤可以参考

比如 Azure 中的部署方式为

apiVersion: v1
data:
  ClientID: <client-id>
  ClientSecret: <client-secret>
  ResourceGroup: <resource-group>
  SubscriptionID: <subscription-id>
  TenantID: <tenand-id>
  ScaleSetName: <scale-set-name>
kind: ConfigMap
metadata:
  name: cluster-autoscaler-azure
  namespace: kube-system
---
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: cluster-autoscaler
  namespace: kube-system
  labels:
    app: cluster-autoscaler
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: cluster-autoscaler
  template:
    metadata:
      labels:
        app: cluster-autoscaler
    spec:
      tolerations:
      - effect: NoSchedule
        key: node-role.kubernetes.io/master
      nodeSelector:
        kubernetes.io/role: master
      containers:
      - image: gcr.io/google_containers/cluster-autoscaler:{{ ca_version }}
        name: cluster-autoscaler
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 300Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 300Mi
        env:
        - name: ARM_SUBSCRIPTION_ID
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: cluster-autoscaler-azure
              key: SubscriptionID
        - name: ARM_RESOURCE_GROUP
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: cluster-autoscaler-azure
              key: ResourceGroup
        - name: ARM_TENANT_ID
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: cluster-autoscaler-azure
              key: TenantID
        - name: ARM_CLIENT_ID
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: cluster-autoscaler-azure
              key: ClientID
        - name: ARM_CLIENT_SECRET
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: cluster-autoscaler-azure
              key: ClientSecret
        - name: ARM_SCALE_SET_NAME
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: cluster-autoscaler-azure
              key: ScaleSetName
        command:
          - ./cluster-autoscaler
          - --v=4
          - --cloud-provider=azure
          - --skip-nodes-with-local-storage=false
          - --nodes="1:10:$(ARM_SCALE_SET_NAME)"
        volumeMounts:
          - name: ssl-certs
            mountPath: /etc/ssl/certs/ca-certificates.crt
            readOnly: true
        imagePullPolicy: "Always"
      volumes:
      - name: ssl-certs
        hostPath:
          path: "/etc/ssl/certs/ca-certificates.crt"

工作原理

Cluster AutoScaler 定期(默认间隔10s)检测是否有充足的资源来调度新创建的 Pod,当资源不足时会调用 Cloud Provider 创建新的 Node。

为了自动创建和初始化 Node,Cluster Autoscaler 要求 Node 必须属于某个 Node Group,比如

  • GCE/GKE 中的 Managed instance groups(MIG)
  • AWS 中的 Autoscaling Groups
  • Azure 中的 Scale Sets 和 Availability Sets

当集群中有多个 Node Group 时,可以通过 --expander=<option> 选项配置选择 Node Group 的策咯,支持如下四种方式

  • random:随机选择
  • most-pods:选择容量最大(可以创建最多Pod)的 Node Group
  • least-waste:以最小浪费原则选择,即选择有最少可用资源的 Node Group
  • price:选择最便宜的Node Group(仅支持GCE和GKE)

目前,Cluster Autoscaler 可以保证

  • 小集群(小于100个Node)可以在不超过30秒内完成扩展(平均5秒)
  • 大集群(100-1000个Node)可以在不超过60秒内完成扩展(平均15秒)

Cluster AutoScaler 也会定期(默认间隔10s)自动监测 Node 的资源使用情况,当一个 Node 长时间(超过10分钟其期间没有执行任何扩展操作)资源利用率都很低时(低于50%)自动将其所在虚拟机从云服务商中删除(注意删除时会有1分钟的 graceful termination 时间)。此时,原来的 Pod 会自动调度到其他 Node 上面(通过 Deployment、StatefulSet 等控制器)。

注意,Cluster Autoscaler 仅根据 Pod 的调度情况和 Node 的整体资源使用清空来增删 Node,跟 Pod 或 Node 的资源度量(metrics)没有直接关系。

用户在启动 Cluster AutoScaler 时可以配置 Node 数量的范围(包括最大Node数和最小Node数)。

在使用 Cluster AutoScaler 时需要注意:

  • 由于在删除 Node 时会发生 Pod 重新调度的情况,所以应用必须可以容忍重新调度和短时的中断(比如使用多副本的Deployment)
  • 当 Node 上面的 Pods 满足下面的条件之一时,Node不会删除
    • Pod 配置了PodDisruptionBudget (PDB)
    • kube-system Pod 默认不在Node上运行或者未配置PDB
    • Pod 不是通过deployment, replica set, job, stateful set等控制器创建的
    • Pod 使用了本地存储
    • 其他原因导致的Pod 无法重新调度,如资源不足,其他Node无法满足NodeSelector或Affinity等

最佳实践

  • Cluster AutoScaler 可以和 Horizontal Pod Autoscaler(HPA)配合使用
  • 不要手动修改 Node 配置,保证集群内的所有 Node 有相同的配置并属于同一个Node组
  • 运行 Pod 时指定资源请求
  • 必要时使用 PodDisruptionBudgets 阻止 Pod 被误删除
  • 确保云服务商的配额充足
  • Cluster AutoScaler 与云服务商提供的 Node 自动扩展功能以及基于CPU利用率的Node自动扩展机制冲突,不要同时启用

参考文档

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