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Kubernetes 集群 DNS 服务自动伸缩

潍鲸 2020-07-08
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本文主要介绍关于如何在集群中启用和配置 DNS 服务的自动伸缩功能。


   前提条件   


你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。

  • 集群节点使用 AMD64 或 Intel 64 CPU 架构

  • 确保已启用 DNS 功能本身。

  • 建议使用 Kubernetes 1.4.0 或更高版本。


   确保 DNS 水平自动伸缩特性已经启用   


在 kube-system 命名空间中列出集群中的 Deployments ：


kubectl get deployment --namespace=kube-system


NAME                  DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
...
dns-autoscaler        1         1         1            1           ...
...

如果在输出中看到 “dns-autoscaler”，说明 DNS 水平自动伸缩已经启用。


   获取DNS Deployment或ReplicationController名称   


列出集群内 kube-system namespace 中的 Deployment：

kubectl get deployment --namespace=kube-system


NAME         DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
...
coredns      2         2         2            2           ...
...

在早于 1.12 的 Kubernetes 版本中，DNS 部署称为 “kube-dns”。
Kubernetes 1.5 或之前版本，DNS 通过使用 ReplicationController 来实现，而不是 Deployment。所以看不到 kube-dns 或者类似的名称，在之前的输出中，列出了集群内 kube-system namespace 中的 ReplicationController：
kubectl get rc --namespace=kube-system


NAME            DESIRED   CURRENT   READY     AGE
...
kube-dns-v20    1         1         1         ...
...

   确定伸缩目标   

如果有一个 DNS Deployment，伸缩目标是：Deployment/<your-deployment-name>
其中 <your-deployment-name> 是 DNS 部署的名称。例如，如果您的 DNS 部署名称是 coredns，则您的扩展目标是 Deployment/coredns。

如果有一个 DNS ReplicationController，那么伸缩目标为：ReplicationController/<your-rc-name>
这里 <your-rc-name> 是 DNS ReplicationController 的名称。例如，DNS ReplicationController 的名称是 kube-dns-v20，则伸缩目标为 ReplicationController/kube-dns-v20。

   启用 DNS 水平自动伸缩   

创建一个 Deployment。Deployment 中的 Pod 运行一个基于 cluster-proportional-autoscaler-amd64 镜像的容器。
创建文件 dns-horizontal-autoscaler.yaml，内容如下所示：
admin/dns/dns-horizontal-autoscaler.yaml 


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: dns-autoscaler
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: dns-autoscaler
spec:
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: dns-autoscaler
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: dns-autoscaler
    spec:
      containers:
      - name: autoscaler
        image: k8s.gcr.io/cluster-proportional-autoscaler-amd64:1.6.0
        resources:
          requests:
            cpu: 20m
            memory: 10Mi
        command:
        - /cluster-proportional-autoscaler
        - --namespace=kube-system
        - --configmap=dns-autoscaler
        - --target=<SCALE_TARGET>
        # When cluster is using large nodes(with more cores), "coresPerReplica" should dominate.
        # If using small nodes, "nodesPerReplica" should dominate.
        - --default-params={"linear":{"coresPerReplica":256,"nodesPerReplica":16,"min":1}}
        - --logtostderr=true
        - --v=2

在文件中，将 <SCALE_TARGET> 替换成 scale 目标。进入到包含配置文件的目录中，输入如下命令创建 Deployment：
kubectl apply -f dns-horizontal-autoscaler.yaml


deployment.apps/dns-autoscaler created
DNS 水平自动伸缩已经启用了。

   调优自动伸缩参数   

验证 dns-autoscaler ConfigMap 是否存在：
kubectl get configmap --namespace=kube-system


NAME                  DATA      AGE
...
dns-autoscaler        1         ...
...

修改该 ConfigMap 中的数据：
kubectl edit configmap dns-autoscaler --namespace=kube-system


# 找到如下这行内容：
linear: '{"coresPerReplica":256,"min":1,"nodesPerReplica":16}'

根据需要修改对应的字段。“min” 字段说明 DNS 后端的最小数量。实际后端的数量，通过使用如下公式来计算：
replicas = max( ceil( cores * 1/coresPerReplica ) , ceil( nodes * 1/nodesPerReplica ) )
注意 ：coresPerReplica 和 nodesPerReplica 的值都是整数。
当一个集群使用具有很多核心的节点时，由 coresPerReplica 来控制。当一个集群使用具有较少核心的节点时，由 nodesPerReplica 来控制。
其它的伸缩模式也是支持的，详情查看 cluster-proportional-autoscaler。

   禁用 DNS 水平自动伸缩   

有几个 DNS 水平自动伸缩的选项。具体使用哪个选项因环境而异。

1：调小 dns-autoscaler deployment 至 0 个副本

该选项适用于所有场景。运行如下命令：
kubectl scale deployment --replicas=0 dns-autoscaler --namespace=kube-system


deployment.extensions/dns-autoscaler scaled

验证当前副本数为 0：
kubectl get deployment --namespace=kube-system


# 输出内容中，在 DESIRED 和 CURRENT 列显示为 0：
NAME                  DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
...
dns-autoscaler        0         0         0            0           ...
...

2：删除 dns-autoscaler Deployment

如果 dns-autoscaler 为您所控制，该选项可以正常工作，也就说没有人会去重新创建它：
kubectl delete deployment dns-autoscaler --namespace=kube-system


deployment.extensions "dns-autoscaler" deleted


3：从master节点删除dns-autoscaler manifest文件

如果 dns-autoscaler 在插件管理器的控制之下，该选项可以工作，并且具有操作 master 节点的写权限。

登录到 master 节点，删除对应的 manifest 文件。dns-autoscaler 的路径一般为：
/etc/kubernetes/addons/dns-horizontal-autoscaler/dns-horizontal-autoscaler.yaml
当 manifest 文件删除后，插件管理器将删除 dns-autoscaler Deployment。

   理解 DNS 水平自动伸缩工作原理   

cluster-proportional-autoscaler 应用独立于 DNS service 部署。
  • autoscaler Pod 运行一个客户端，它通过轮询 Kubernetes API server 获取集群中节点和核心的数量。
  • 一个期望的副本数会被计算，并根据当前可调度的节点、核心数、给定伸缩参数，被应用到 DNS 后端。
  • 伸缩参数和数据点会基于一个 ConfigMap 来提供给 autoscaler，它会在每次轮询时刷新它的参数表，以与最近期望的伸缩参数保持一致。
  • 允许对伸缩参数进行修改，而不需要重建或重启 autoscaler Pod。
  • autoscaler 提供了一个控制器接口来支持两种控制模式：linear 和 ladder。

   未来功能增强   

控制模式，除了 linear 和 ladder，正在考虑未来将开发自定义 metric。
基于 DNS 特定 metric 的 DNS 后端的伸缩，考虑未来会开发。当前实现是使用集群中节点和核心的数量是受限制的。
支持自定义 metric，类似于 Horizontal Pod 自动伸缩 所提供的，考虑未来进行开发。


                
 
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