AKS で負荷に応じて Pod の数を変更する / 手動・自動スケールアウト

今回は AKS で負荷に応じたスケールアウトをする方法を見ていきます。この記事は前回までの環境を前提としています。
前回記事 -> https://qiita.com/komiyasa/items/a1afb4b0c244990047a1

Kubernetes のスケーラビリティ

Kubernetes はスケーラビリティが長所のひとつです。システムの稼働状況や負荷にあわせてシステムを拡張できます。システムの拡張方法は、スケールアウト、スケールアップの二つの種類がります。

• スケールアウト
  スケールアウトは、水平スケールといわれるように、システムを構成するサーバーの台数そのものを増やす方法です。何らかの原因でサーバーが一台ダウンしても、別のサーバーで処理することができるため、システムの可用性を高めることが可能です。

• スケールアップ
  スケールアップは、垂直スケールともいわれるように、サーバーの台数を増やすのではなく、サーバーの CPU 、メモリ、ディスク容量などのコンピューティングリソースを増やす方法です。

この二つをしっかりを分けて理解しておくことで、必要に応じた適切なスケーラビリティを確保することが出来ます。今回は、スケールアウトの方法についてみていきたいと思います。

Pod を手動水平スケールする

ここでは Pod の数を手動でスケールしていきます。まずは下記マニフェストファイルを使って、3つの Pod を動かす ReplicaSet を定義し作成します。※前回記事で見てきたものと近しいです。

podscalesample.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: nginx-replicaset

spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: photo-view

  template:
    metadata:
      labels:
        app: photo-view

    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: photoview-container

kubectl apply -f podscalesample.yaml コマンドを Azure CLI から実行し Pod を作成します。そのあとで kubectl get pod を実行し、Pod の Status を確認します。3つの Pod が Running の状態にあることが分かります。

$ kubectl get pod
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-replicaset-lmsmh   1/1     Running   0          16s
nginx-replicaset-vwmhl   1/1     Running   0          16s
nginx-replicaset-w256q   1/1     Running   0          16s

次に、kubectl scale コマンドを使用して、Pod の数を増やします。例えば 8 つに増やしたいときは、kubectl scale --replicas=8 rs/nginx-replicaset を実行します。

$ kubectl scale --replicas=8 rs/nginx-replicaset
replicaset.extensions/nginx-replicaset scaled

再び kubectl get pods コマンドで確認すると、新しく 5 つの Pod が作成されているのが分かります。

$ kubectl get pod
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-replicaset-f5c5v   1/1     Running   0          47s
nginx-replicaset-lmsmh   1/1     Running   0          3m40s
nginx-replicaset-sqd5t   1/1     Running   0          47s
nginx-replicaset-t4ngr   1/1     Running   0          47s
nginx-replicaset-vwmhl   1/1     Running   0          3m40s
nginx-replicaset-w256q   1/1     Running   0          3m40s
nginx-replicaset-wm9lm   1/1     Running   0          47s
nginx-replicaset-zdt8n   1/1     Running   0          47s

これで手動で Pod をスケールできることが確認できました。ここまで出来たらいったん delete コマンドで Pod を削除しておきましょう。

Pod を自動水平スケールする

まずは以下のマニフェストファイルを使用して、二つの Pod をもつ ReplicaSet を作成します。

replicasetsample.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: busy-replicaset

spec:
  replicas: 2 
  selector:
    matchLabels:
      app: busy

  template:
    metadata:
      labels:
        app: busy
    spec:
      containers:
      - image: busybox   
        name: hpa-container
        command: ["dd", "if=/dev/zero", "of=/dev/null"]
        resources:
          requests:  
            cpu: 100m
          limits:
            cpu: 100m

これで 2 つの Pod が作成されました。次は自動スケールするためのマニフェストファイルを作成します。

autoscale.yaml

apiVersion: autoscaling/v2beta1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: budy-hpa

spec:
  minReplicas: 1   # レプリカ数の最大
  maxReplicas: 5   # レプリカ数の最小

  metrics:
  - resource:
      name: cpu
      targetAverageUtilization: 30
    type: Resource

  #  スケールするReplicaSetの設定
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: ReplicaSet
    name: busy-replicaset

上記のマニフェストファイルの、spec:minReplicas の部分でレプリカ数の最小、spec:maxReplicas の部分でレプリカ数の最大を定義します。その下の metrics の部分でスケールする条件を定めますここでは CPU の Utilization が 30 % になるように定義しています。このマニフェストファイルを kubeclt apply -f autoscale.yaml を実行して適用します。

$ kubectl apply -f autoscale.yaml
horizontalpodautoscaler.autoscaling/budy-hpa created

これで、kubectl get hpa -w を実行してみます。 -w コマンドはループ処理を実行し、状況が変わったら自動的に更新するオプションです。初めに実行すると以下のような結果を返します。

$ kubectl get hpa -w
NAME       REFERENCE                    TARGETS    MINPODS   MAXPODS   REPLICAS   AGE
budy-hpa   ReplicaSet/busy-replicaset   100%/30%   1         5         5          86s

しばらくすると(1分くらい)、Pod が自動的に増えています。

$ kubectl get pod
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
busy-replicaset-5cv2r   1/1     Running   0          2m42s
busy-replicaset-c8p8g   1/1     Running   0          2m42s
busy-replicaset-fx72v   1/1     Running   0          10m
busy-replicaset-hwpdr   1/1     Running   0          10m
busy-replicaset-j6xmm   1/1     Running   0          2m27s

これは 100% 使用されている状況だったので、HPA で定めた Pod の上限値の範囲内で Pod を自動スケールした結果です。このようにマニフェストファイルで定義してあげるだけで、負荷に応じて Pod の数を自動でスケーリングすることが可能となりました。

参考URL

Horizontal Pod Autoscaler
https://kubernetes.io/docs/tasks/run-application/horizontal-pod-autoscale/