为应用程序设置干扰预算(Disruption Budget)

FEATURE STATE: Kubernetes v1.5 [beta]

本文展示如何限制应用程序的并发干扰数量,在允许集群管理员管理集群节点的同时保证高可用。

准备开始

  • 你是 Kubernetes 集群中某应用的所有者,该应用有高可用要求。
  • 你应了解如何部署无状态应用 和/或有状态应用
  • 你应当已经阅读过关于 Pod 干扰 的文档。
  • 用户应当与集群所有者或服务提供者确认其遵从 Pod 干扰预算(Pod Disruption Budgets)的规则。

用 PodDisruptionBudget 来保护应用

  1. 确定想要使用 PodDisruptionBudget (PDB) 来保护的应用。
  2. 考虑应用对干扰的反应。
  3. 以 YAML 文件形式定义 PDB 。
  4. 通过 YAML 文件创建 PDB 对象。

确定要保护的应用

用户想要保护通过内置的 Kubernetes 控制器指定的应用,这是最常见的使用场景:

  • Deployment
  • ReplicationController
  • ReplicaSet
  • StatefulSet

在这种情况下,在控制器的 .spec.selector 字段中做记录,并在 PDB 的 .spec.selector 字段中加入同样的选择算符。

用户也可以用 PDB 来保护不受上述控制器控制的 Pod,或任意的 Pod 集合,但是正如 任意控制器和选择算符中描述的,这里存在一些限制。

考虑应用对干扰的反应

确定在自发干扰时,多少实例可以在短时间内同时关闭。

  • 无状态的前端:
    • 关注:不能降低服务能力 10% 以上。
      • 解决方案:例如,使用 PDB,指定其 minAvailable 值为 90%。
  • 单实例有状态应用:
    • 关注:不要在不通知的情况下终止该应用。
      • 可能的解决方案 1:不使用 PDB,并忍受偶尔的停机。
      • 可能的解决方案 2:设置 maxUnavailable=0 的 PDB。 意为(Kubernetes 范畴之外的)集群操作人员需要在终止应用前与用户协商, 协商后准备停机,然后删除 PDB 表示准备接受干扰,后续再重新创建。
  • 多实例有状态应用,如 Consul、ZooKeeper 或 etcd:
    • 关注:不要将实例数量减少至低于仲裁规模,否则将出现写入失败。
      • 可能的解决方案 1:设置 maxUnavailable 值为 1 (适用于不同规模的应用)。
      • 可能的解决方案 2:设置 minAvailable 值为仲裁规模(例如规模为 5 时设置为 3)。 (允许同时出现更多的干扰)。
  • 可重新启动的批处理任务:
    • 关注:自发干扰的情况下,需要确保任务完成。
      • 可能的解决方案:不创建 PDB。 任务控制器会创建一个替换 Pod。

指定百分比时的舍入逻辑

minAvailablemaxUnavailable 的值可以表示为整数或百分比。

  • 指定整数值时,它表示 Pod 个数。例如,如果将 minAvailable 设置为 10, 那么即使在干扰期间,也必须始终有 10 个Pod可用。
  • 通过将值设置为百分比的字符串表示形式(例如 “50%”)来指定百分比时,它表示占总 Pod 数的百分比。 例如,如果将 "minUnavailable" 设置为 “50%”,则干扰期间只允许 50% 的 Pod 不可用。

如果将值指定为百分比,则可能无法映射到确切数量的 Pod。例如,如果你有 7 个 Pod, 并且你将 minAvailable 设置为 "50%",具体是 3 个 Pod 或 4 个 Pod 必须可用 并非显而易见。 Kubernetes 采用向上取整到最接近的整数的办法,因此在这种情况下,必须有 4 个 Pod。 你可以检查控制此行为的 代码

指定 PodDisruptionBudget

一个 PodDisruptionBudget 有 3 个字段:

  • 标签选择算符 .spec.selector 用于指定其所作用的 Pod 集合,该字段为必需字段。
  • .spec.minAvailable 表示驱逐后仍须保证可用的 Pod 数量。即使因此影响到 Pod 驱逐 (即该条件在和 Pod 驱逐发生冲突时优先保证)。 minAvailable 值可以是绝对值,也可以是百分比。
  • .spec.maxUnavailable (Kubernetes 1.7 及更高的版本中可用)表示驱逐后允许不可用的 Pod 的最大数量。其值可以是绝对值或是百分比。
说明: 对于1.8及更早的版本:当你用 kubectl 命令行工具创建 PodDisruptionBudget 对象时, 如果既未指定 minAvailable 也未指定 maxUnavailable, 则 minAvailable 字段有一个默认值 1。

用户在同一个 PodDisruptionBudget 中只能够指定 maxUnavailableminAvailable 中的一个。 maxUnavailable 只能够用于控制存在相应控制器的 Pod 的驱逐(即不受控制器控制的 Pod 不在 maxUnavailable 控制范围内)。在下面的示例中, “所需副本” 指的是相应控制器的 scale,控制器对 PodDisruptionBudget 所选择的 Pod 进行管理。

示例 1:设置 minAvailable 值为 5 的情况下,驱逐时需保证 PodDisruptionBudget 的 selector 选中的 Pod 中 5 个或 5 个以上处于健康状态。

示例 2:设置 minAvailable 值为 30% 的情况下,驱逐时需保证 Pod 所需副本的至少 30% 处于健康状态。

示例 3:设置 maxUnavailable 值为 5 的情况下,驱逐时需保证所需副本中最多 5 个处于不可用状态。

示例 4:设置 maxUnavailable 值为 30% 的情况下,驱逐时需保证所需副本中最多 30% 处于不可用状态。

在典型用法中,干扰预算会被用于一个控制器管理的一组 Pod 中 —— 例如:一个 ReplicaSet 或 StatefulSet 中的 Pod。

说明: 干扰预算并不能真正保证指定数量/百分比的 Pod 一直处于运行状态。例如: 当 Pod 集合的 规模处于预算指定的最小值时,承载集合中某个 Pod 的节点发生了故障,这样就导致集合中可用 Pod 的 数量低于预算指定值。预算只能够针对自发的驱逐提供保护,而不能针对所有 Pod 不可用的诱因。

设置 maxUnavailable 值为 0%(或 0)或设置 minAvailable 值为 100%(或等于副本数) 可能会阻塞节点,导致资源耗尽。按照 PodDisruptionBudget 的语义,这是允许的。

用户可以在下面看到 pod 干扰预算定义的示例,它们与带有 app: zookeeper 标签的 pod 相匹配:

使用 minAvailable 的PDB 示例:

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  name: zk-pdb
spec:
  minAvailable: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: zookeeper

使用 maxUnavailable 的 PDB 示例(Kubernetes 1.7 或更高的版本):

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  name: zk-pdb
spec:
  maxUnavailable: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: zookeeper

例如,如果上述 zk-pdb 选择的是一个规格为 3 的 StatefulSet 对应的 Pod, 那么上面两种规范的含义完全相同。 推荐使用 maxUnavailable ,因为它自动响应控制器副本数量的变化。

创建 PDB 对象

你可以通过类似 kubectl apply -f mypdb.yaml 的命令来创建 PDB。

PDB 对象无法更新,必须删除后重新创建。

检查 PDB 的状态

使用 kubectl 来确认 PDB 被创建。

假设用户的名字空间下没有匹配 app: zookeeper 的 Pod,用户会看到类似下面的信息:

kubectl get poddisruptionbudgets
NAME     MIN AVAILABLE   MAX UNAVAILABLE   ALLOWED DISRUPTIONS   AGE
zk-pdb   2               N/A               0                     7s

假设有匹配的 Pod (比如说 3 个), 那么用户会看到类似下面的信息:

kubectl get poddisruptionbudgets
NAME     MIN AVAILABLE   MAX UNAVAILABLE   ALLOWED DISRUPTIONS   AGE
zk-pdb   2               N/A               1                     7s

ALLOWED-DISRUPTIONS 值非 0 意味着干扰控制器已经感知到相应的 Pod,对匹配的 Pod 进行统计, 并更新了 PDB 的状态。

用户可以通过以下命令获取更多 PDB 状态相关信息:

kubectl get poddisruptionbudgets zk-pdb -o yaml
apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  anntation: {}
  creationTimestamp: "2020-03-04T04:22:56Z"
  generation: 1
  name: zk-pdb

status:
  currentHealthy: 3
  desiredHealthy: 2
  disruptionsAllowed: 1
  expectedPods: 3
  observedGeneration: 1

任意控制器和选择算符

如果你只使用与内置的应用控制器(Deployment、ReplicationController、ReplicaSet 和 StatefulSet) 对应的 PDB,也就是 PDB 的选择算符与 控制器的选择算符相匹配,那么可以跳过这一节。

你可以使用这样的 PDB:它对应的 Pod 可能由其他类型的控制器控制,可能由 "operator" 控制, 也可能为“裸的(不受控制器控制)” Pod,但该类 PDB 存在以下限制:

  • 只能够使用 .spec.minAvailable ,而不能够使用 .spec.maxUnavailable。
  • 只能够使用整数作为 .spec.minAvailable 的值,而不能使用百分比。

你可以令选择算符选择一个内置控制器所控制 Pod 的子集或父集。 然而,当名字空间下存在多个 PDB 时,用户必须小心,保证 PDB 的选择算符之间不重叠。

最后修改 August 11, 2020 at 4:05 PM PST: [zh] Tidy up and fix links in tasks section (3/10) (1d3f4449a)