Pod水平自動擴縮（Horizontal Pod Autoscaler, 簡稱HPA）可以基于 CPU/MEM 利用率自動擴縮Deployment、StatefulSet 中的 Pod 數量，同時也可以基于其他應程序提供的自定義度量指標來執(zhí)行自動擴縮。默認HPA可以滿足一些簡單場景，對于生產環(huán)境并不一定適合，本文主要分析HPA的不足與優(yōu)化方式。

HPA Resource類型不足

默認HPA提供了Resource類型，通過CPU/MEM使用率指標（由metrics-server提供原始指標）來擴縮應用。

使用率計算方式

在Resource類型中，使用率計算是通過request而不是limit，源碼如下：

// 獲取Pod resource request func calculatePodRequests(pods []*v1.Pod, resource v1.ResourceName) (map[string]int64, error) {requests := make(map[string]int64, len(pods))for _, pod := range pods {podSum := int64(0)for _, container := range pod.Spec.Containers {if containerRequest, ok := container.Resources.Requests[resource]; ok {podSum += containerRequest.MilliValue()} else {return nil, fmt.Errorf("missing request for %s", resource)}}requests[pod.Name] = podSum}return requests, nil } // 計算使用率 func GetResourceUtilizationRatio(metrics PodMetricsInfo, requests map[string]int64, targetUtilization int32) (utilizationRatio float64, currentUtilization int32, rawAverageValue int64, err error) {metricsTotal := int64(0)requestsTotal := int64(0)numEntries := 0for podName, metric := range metrics {request, hasRequest := requests[podName]if !hasRequest {// we check for missing requests elsewhere, so assuming missing requests == extraneous metricscontinue}metricsTotal += metric.ValuerequestsTotal += requestnumEntries++}currentUtilization = int32((metricsTotal * 100) / requestsTotal)return float64(currentUtilization) / float64(targetUtilization), currentUtilization, metricsTotal / int64(numEntries), nil }

通常在Paas平臺中會對資源進行超配，limit即用戶請求資源，request即實際分配資源，如果按照request來計算使用率（會超過100%）是不符合預期的。相關issue見72811，目前還存在爭論。可以修改源碼，或者使用自定義指標來代替。

多容器Pod使用率問題

默認提供的Resource類型的HPA，通過上述方式計算資源使用率，核心方式如下：

metricsTotal = sum(pod.container.metricValue) requestsTotal = sum(pod.container.Request) currentUtilization = int32((metricsTotal * 100) / requestsTotal)

計算出所有container的資源使用量再比總的申請量，對于單容器Pod這沒影響。但對于多容器Pod，比如Pod包含多個容器con1、con2(request都為1cpu)，con1使用率10%，con2使用率100%，HPA目標使用率60%，按照目前方式得到使用率為55%不會進行擴容，但實際con2已經達到資源瓶頸，勢必會影響服務質量。當前系統(tǒng)中，多容器Pod通常都是1個主容器與多個sidecar，依賴主容器的指標更合適點。

好在1.20版本中已經支持了ContainerResource可以配置基于某個容器的資源使用率來進行擴縮，如果是之前的版本建議使用自定義指標替換。

性能問題

單線程架構

默認的hpa-controller是單個Goroutine執(zhí)行的，隨著集群規(guī)模的增多，勢必會成為性能瓶頸，目前默認hpa資源同步周期會15s，假設每個metric請求延時為100ms，當前架構只能支持150個HPA資源（保證在15s內同步一次）

func (a *HorizontalController) Run(stopCh <-chan struct{}) {// ...// start a single worker (we may wish to start more in the future)go wait.Until(a.worker, time.Second, stopCh)<-stopCh }

可以通過調整worker數量來橫向擴展，已提交PR。

調用鏈路

在hpa controller中一次hpa資源同步，需要調用多次apiserver接口，主要鏈路如下

通過scaleForResourceMappings得到scale資源

調用computeReplicasForMetrics獲取metrics value

調用Scales().Update更新計算出的副本數

尤其在獲取metrics value時，需要先調用apiserver，apiserver調用metrics-server/custom-metrics-server，當集群內存在大量hpa時可能會對apiserver性能產生一定影響。

其他

對于自定義指標用戶需要實現custom.metrics.k8s.io或external.metrics.k8s.io，目前已經有部分開源實現見custom-metrics-api。

另外，hpa核心的擴縮算法根據當前指標和期望指標來計算擴縮比例，并不適合所有場景，只使用線性增長的指標。

期望副本數 = ceil[當前副本數 * (當前指標 / 期望指標)]

watermarkpodautoscaler提供了更靈活的擴縮算法，比如平均值、水位線等，可以作為參考。

總結

Kubernetes提供原生的HPA只能滿足一部分場景，如果要上生產環(huán)境，必須對其做一些優(yōu)化，本文總結了當前HPA存在的不足，例如在性能、使用率計算方面，并提供了解決思路。

總結

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