容器定时伸缩（CronHPA） - 容器计算服务 ACS

为了更好地提升资源利用率和节省资源成本，容器计算服务 ACS（Container Compute Service）支持通过ack-kubernetes-cronhpa-controller组件来实现资源的定时伸缩CronHPA（Cron Horizontal Pod Autoscaler），从而减少资源浪费。本文介绍如何在ACS集群中实现容器的定时伸缩以及CronHPA兼容HPA的原理。

前提条件

已创建ACS集群。具体操作，请参见创建ACS集群。
已使用kubectl连接Kubernetes集群。具体操作，请参见获取集群KubeConfig并通过kubectl工具连接集群。

背景信息

ack-kubernetes-cronhpa-controller是一个Kubernetes HPA Controller，按照类似Crontab的策略定时地对集群进行扩缩容。您可以将CronHPA使用于 Kubernetes中任何支持scale子资源的对象（例如Deployment和StatefulSet）。详细信息，请参见kubernetes-cronhpa-controller。

以下示例对CronHPA的各个字段进行解释说明。

apiVersion: autoscaling.alibabacloud.com/v1beta1
kind: CronHorizontalPodAutoscaler
metadata:
  labels:
    controller-tools.k8s.io: "1.0"
  name: cronhpa-sample
  namespace: default 
spec:
   scaleTargetRef:
      apiVersion: apps/v1
      kind: Deployment
      name: nginx-deployment-basic
   excludeDates:
   # exclude November 15th
   - "* * * 15 11 *"
   # exclude every Friday 
   - "* * * * * 5"
   jobs:
   - name: "scale-down"
     schedule: "30 */1 * * * *"
     targetSize: 1
   - name: "scale-up"
     schedule: "0 */1 * * * *"
     targetSize: 3
     runOnce: false

字段	说明
scaleTargetRef	scaleTargetRef指定扩缩容对象。如果对象支持Scale子资源，CronHPA即可支持。
excludeDates	excludeDates是日期数组。当遇到符合excludeDates描述的日期时任务将会被跳过。说明最小单位为天。 `"* * * * * "`表示"<Seconds> <Minutes> <Hours> <Day of month> <Month> <Day of week>"。如您想在11月15日不运行任务，可像以下示例一样指定excludeDates。 `excludeDates: - " * * 15 11 *"`
jobs	支持在一个`spec`中设定多个CronHPA任务。每个CronHPA任务可以配置以下字段： name：它在一个CronHPA中应是唯一的，这样就可以通过name来区分不同的任务。 schedule：它的策略和crontab类似。kubernetes-cronhpa-controller使用了Golang库（go-cron）功能更强大的Cron，它支持更多表示规则。创建时请严格按照以下格式说明进行设置，否则将导致创建失败。 Cron表达式的格式如下： `Field name \| Mandatory? \| Allowed values \| Allowed special characters ---------- \| ---------- \| -------------- \| -------------------------- Seconds \| Yes \| 0-59 \| * / , - Minutes \| Yes \| 0-59 \| * / , - Hours \| Yes \| 0-23 \| * / , - Day of month \| Yes \| 1-31 \| * / , - ? Month \| Yes \| 1-12 or JAN-DEC \| * / , - Day of week \| Yes \| 0-6 or SUN-SAT \| * / , - ?` targetSize：设置调度时，扩缩容的Pod数目。 runOnce：如果runOnce设置为true，那么任务将只执行一次，第一次执行完后即退出。

安装CronHPA组件

您可以通过以下方式安装CronHPA组件ack-kubernetes-cronhpa-controller。

登录容器计算服务控制台，在左侧导航栏选择集群。
在集群页面，单击目标集群ID，然后在左侧导航栏，选择运维管理 > 组件管理。
在组件管理页面单击应用管理页签，找到ack-kubernetes-cronhpa-controller，单击安装，然后在弹出的对话框中，单击确定。

说明

如果您无需使用容器定时伸缩功能，可以删除CronHPA组件。关于删除CronHPA组件ack-kubernetes-cronhpa-controller的具体步骤，请参见管理组件。

创建定时伸缩CronHPA任务

为应用创建和运行CronHPA之前，请确保集群中的CronHPA组件已正常运行，且当前应用只有一个HPA对象。关于CronHPA和HPA的兼容策略，请参见下文定时伸缩CronHPA兼容HPA。您可以通过以下两种方式创建CronHPA任务。

方式一：在创建应用时创建CronHPA任务

在创建应用的高级配置页面的伸缩配置区域，选中定时伸缩右侧开启为应用创建定时伸缩任务。关于创建应用的详细步骤，请参见创建无状态工作负载Deployment或者创建有状态工作负载StatefulSet。

ACS管理控制台会自动检查是否已安装CronHPA组件。如果CronHPA组件未被安装，页面提示点击安装。安装CronHPA组件后，页面显示定时伸缩任务的创建配置。配置参数的详细描述如下：

配置项	说明
定时任务名称	为定时任务定义名称。每个任务的名称是唯一的，不能与其他任务名称重复。
目标副本数	当到达设定计划时间时，应用副本数自动伸缩至该值。
调度周期	设置调度周期。关于为定时伸缩任务设置调度周期的详细描述，请参见predefined-schedules。

方式二：为已有应用创建CronHPA任务

以下步骤以无状态应用为例，说明如何为已有应用创建CronHPA任务。

登录容器计算服务控制台，在左侧导航栏选择集群。
在集群页面，单击目标集群ID，然后在左侧导航栏，选择工作负载 > 无状态。
在无状态页面，单击应用右侧操作列下的详情。
单击容器伸缩页签，配置定时伸缩任务。
- 如果CronHPA组件未被安装，页面提示点击安装。单击点击安装后，进行以下步骤。
- 如果CronHPA组件已经安装，直接进行以下步骤。

单击定时伸缩（CronHPA）右侧的创建，然后在创建对话框中，设置定时伸缩任务的创建参数。

create

配置项说明如下：

配置项	说明
任务名称	为定时任务定义名称。每个任务的名称是唯一的，不能与其他任务名称重复。
目标副本数	当到达设定的计划时间时，应用副本数自动伸缩至该值。
调度周期	设置调度周期。关于为定时伸缩任务设置调度周期的详细描述，请参见predefined-schedules。

添加或修改定时伸缩任务

请参见上文创建定时伸缩CronHPA任务的步骤进入容器伸缩页面。
在容器伸缩页签的定时伸缩（CronHPA）区域，单击目标任务右侧操作下的任务添加或编辑。
在编辑对话框中，单击添加任务进行任务创建或者单击已有CronHPA任务进行修改，然后单击确定。
说明
您可以通过下图所示的操作删除CronHPA任务。在编辑对话框中，单击任务名称右上角的删除图标，然后单击确定。

CronHPA和HPA的定义模板

CronHPA

apiVersion: autoscaling.alibabacloud.com/v1beta1
kind: CronHorizontalPodAutoscaler
metadata:
  labels:
    controller-tools.k8s.io: "1.0"
  name: cronhpa-sample
spec:
   scaleTargetRef:
      apiVersion: apps/v1
      kind: Deployment
      name: nginx-deployment-basic
   jobs:
   - name: "scale-down"
     schedule: "30 */1 * * * *"
     targetSize: 1
   - name: "scale-up"
     schedule: "0 */1 * * * *"
     targetSize: 11

HPA

apiVersion: autoscaling/v2beta2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: php-apache
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx-deployment-basic
  minReplicas: 4
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 50

定时伸缩CronHPA兼容HPA

定时伸缩CronHPA和HPA作用的对象都是工作负载（例如Deployment或者StatefulSet等），在同一个工作负载上同时配置可能会导致冲突。为了解决这一问题，CronHPA支持将HPA作为其扩缩容的对象，以兼容HPA原有的功能。

对比CronHPA和HPA的定义模板，可以看出：

CronHPA和HPA都是通过spec.scaleTargetRef字段来获取伸缩对象。
CronHPA通过spec.jobs的crontab规则定时伸缩副本数。
HPA通过资源利用率判断伸缩的情况。

设想如果同时设置CronHPA和HPA，那么会出现CronHPA和HPA同时操作同一个scaleTargetRef的场景。因为CronHPA和HPA相互独立无法感知，所以就会出现两个Controller各自工作，后执行的操作会覆盖先执行的操作。

CronHPA和HPA的兼容解决方案

从上文可知，当CronHPA感知到HPA的当前状态就能解决冲突问题。为了让CronHPA能感知HPA的当前状态，ACS将CronHPA中的scaleTargetRef设置为HPA对象本身而不是最终的工作负载对象。CronHPA在执行扩缩容操作时会先通过HPA对象来寻找真实的scaleTargetRef，进而根据这个状态对工作负载对象进行相应调整，有效防止相互覆盖的情况发生，保证扩缩容操作的一致性和可预期性。

CronHPA兼容HPA的定义模板如下。

apiVersion: autoscaling.alibabacloud.com/v1beta1
kind: CronHorizontalPodAutoscaler
metadata:
  labels:
    controller-tools.k8s.io: "1.0"
  name: cronhpa-sample
spec:
   scaleTargetRef:
      apiVersion: autoscaling/v1
      kind: HorizontalPodAutoscaler
      name:  nginx-deployment-basic-hpa
   jobs:
   - name: "scale-down"
     schedule: "30 */1 * * * *"
     targetSize: 1
     runOnce: false
   - name: "scale-up"
     schedule: "0 */1 * * * *"
     targetSize: 3
     runOnce: false

通过上述CronHPA的定义，CronHPA可以明确知晓HPA中的spec.minReplicas、spec.maxReplicas和status.desiredReplicas的数值，但是同时也知晓HPA中spec.scaleTargetRef所对应的当前Replicas值。CronHPA会通过调整HPA的方式感知HPA。CronHPA通过识别要达到的副本数与当前副本数两者间的较大值，判断是否需要扩缩容或修改HPA的上限；CronHPA通过识别CronHPA要达到的副本数与HPA的配置间的较小值，判断是否需要修改HPA的下限。

以下根据不同的场景，解释CronHPA兼容HPA的规则。

HPA（min/max）	CronHPA	Deployment	扩缩容结果	兼容规则说明
1/10	5	5	HPA（min/max）：1/10 Deployment：5	当CronHPA中的目标副本数和当前副本数一致时，HPA中的最大和最小副本数，以及应用当前的副本数无需变更。
1/10	4	5	HPA（min/max）：1/10 Deployment：5	当CronHPA中的目标副本数低于当前副本数时，保留当前副本数。
1/10	6	5	HPA（min/max）：6/10 Deployment：6	当CronHPA中的目标副本数高于当前副本数时，保留CronHPA的目标副本数。 CronHPA目标副本数高于HPA副本数下限（minReplicas）时，修改HPA的副本数下限。
5/10	4	5	HPA（min/max）：4/10 Deployment：5	当CronHPA中的目标副本数低于当前副本数时，保留当前应用副本数。 CronHPA目标副本数低于HPA副本数下限（minReplicas）时，修改HPA的副本数下限。
5/10	11	5	HPA（min/max）：11/11 Deployment：11	当CronHPA中的目标副本数高于当前副本数时，保留CronHPA的目标副本数。 CronHPA目标副本数高于HPA副本数上限（maxReplicas）时，修改HPA的副本数上限。

表格中参数说明如下：

HPA（min/max）：表示HPA定义中最小和最大的副本数值。
CronHPA：表示CronHPA设定的副本数。
Deployment：表示应该用扩缩前的副本数。

从上述看出，CronHPA不会直接调整Deployment的副本数目，而是通过HPA来操作Deployment，这样可以避免HPA和CronHPA的冲突问题。