创建VPA策略

VPA策略即Vertical Pod Autoscaling，该功能可以在Kubernetes中实现Pod垂直弹性伸缩，可以根据容器资源历史使用情况自动调整Pod的CPU、Memory资源申请量。当业务负载急剧飙升时，VPA能够快速地在设定范围内扩大容器的资源申请值（Requests），以满足业务需求。而在业务负载变小时，VPA会根据实际情况适当缩小资源申请量，以节省计算资源。此外，VPA还能推荐更合理的资源申请量，在确保容器有足够的资源供使用的前提下，提升容器的资源利用率。

功能概述

VPA以容器为单位对资源指标进行聚合计算，根据容器的资源实际使用情况动态调整容器的资源申请值（Requests），同时保证调整前和调整后资源限制值（Limits）与资源申请值（Requests）的比值不变。目前支持CPU与Memory两类资源的垂直伸缩。

详细功能说明如下：

VPA计算CPU与Memory建议值时需要数依赖Metrics API采集的数据。
VPA在计算资源建议值时，Memory资源的单Pod最小理论建议值250Mi，Pod内单容器的最小理论建议值为250Mi/Pod容器数目。CPU资源的单Pod最小理论建议值为25m，Pod内单容器的最小理论建议值为25m/Pod容器数目。
您可在创建VPA任务时，通过配置containerPolicies字段为容器配置弹性资源上下限。
如果容器初始时同时配置了资源申请值与限制值，VPA计算后给出的建议值会修改该容器的资源申请值，而限制值则根据容器初始创建时申请值与限制值的比例进行计算。
例如，某个容器原来配置了CPU资源申请值为100m与限制值为200m，申请值与限制值的比例为1:2。如果VPA计算后的资源申请值建议为80m，则该容器最终的CPU资源申请值为80m，限制值为160m。
VPA会尽量让建议值符合其他资源限制要求。但如果VPA建议值与资源限制出现冲突，VPA建议值不会根据资源限制进行调整，可能导致VPA配置值超出其他资源限制要求。
例如，某一个命名空间的内存申请值不能超过2GiB，而VPA的建议值如果比较大，可能导致Pod更新后整个命名空间的资源申请量超过2GiB从而出现无法调度。

前提条件

集群版本需满足v1.25及以上。
使用VPA需要在集群中安装能够提供Metrics API的插件，您可根据实际需求选择其中之一：
- Kubernetes Metrics Server：提供基础资源使用指标，例如容器CPU和内存使用率。
- 云原生监控插件：使用Prometheus提供基础资源使用指标，需将Prometheus注册为Metrics API的服务，详见通过Metrics API提供基础资源指标。

集群中需要安装容器垂直弹性引擎。

注意事项

容器垂直伸缩功能目前处于试验阶段，请谨慎使用。

VPA对Pod资源进行动态更新时，会导致Pod的重建，重建的Pod可能会调度到一个新的节点上，且VPA无法保证重建的Pod调度成功。
只有由副本控制管理器（例如Deployment、StatefulSet等）管理的Pod才会进行资源动态更新，独立运行的Pod不支持资源动态更新。
目前VPA不能和监控CPU和内存度量的Horizontal Pod Autoscaler （HPA）同时运行。
VPA admission webhook会对Pod的配置进行更新，如果集群中有其他的admission webhook，需要确保它们不会与VPA发生冲突。
VPA会处理大部分的OOM（Out Of Memory）事件，但无法保证处理所有的OOM事件。
VPA的性能尚未在大规模集群中实践。
VPA建议值可能大于实际可分配的资源量（例如节点可分配资源上限、资源配额上限），导致重建的Pod处于Pending状态无法调度。
为同一个负载的配置多个VPA可能会出现行为不一致的现象。

创建VPA策略

使用kubectl连接集群，详情请参见通过kubectl连接集群。

部署一个示例工作负载。如果已有工作负载可忽略本步骤。

kubectl create -f hamster.yaml

hamster.yaml文件内容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hamster
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: hamster
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hamster
    spec:
      containers:
        - name: hamster
          image: registry.k8s.io/ubuntu-slim:0.1
          resources:
            requests:
              cpu: 100m
              memory: 50Mi
          command: ["/bin/sh"]
          args:
            - "-c"
            - "while true; do timeout 0.5s yes >/dev/null; sleep 0.5s; done"

创建VPA任务。

kubectl create -f hamster-vpa.yaml

hamster-vpa.yaml文件内容如下：

apiVersion: autoscaling.k8s.io/v1
kind: VerticalPodAutoscaler
metadata:
  name: hamster-vpa
spec:
  targetRef:
    apiVersion: "apps/v1"
    kind: Deployment
    name: hamster
  updatePolicy:
    updateMode: "Off"
  resourcePolicy:
    containerPolicies:
      - containerName: '*'
        minAllowed:
          cpu: 100m
          memory: 50Mi
        maxAllowed:
          cpu: 1
          memory: 500Mi
        controlledResources: ["cpu", "memory"]

表1 VPA关键字段说明
字段	是否必填	说明
spec.targetRef	是	指定VPA负载对象。支持Deployment、Statefulset、Damonset等负载类型。
spec.updatePolicy.updateMode	否	VPA建议值动态更新策略，默认值为“Auto”。可选配置如下： Off：仅生成建议值，不更新Pod资源申请量。 Recreate：生成建议值，并自动更新Pod资源申请量。 Initial：生成建议值，仅在Pod新建时更新资源申请量，不动态更新正在运行的Pod的资源申请量。 Auto：与Recreate配置策略行为一致。
spec.resourcePolicy.containerPolicies	否	为不同的容器指定的VPA策略、VPA资源上下限。详细参数说明请参见表2。

表2 containerPolicy关键字段说明
字段	是否必填	说明
containerName	是	容器名称。
minAllowed	否	指定容器VPA资源下限，即VPA建议值不能低于该值。可选资源类型： cpu memory
maxAllowed	否	指定容器VPA资源上限，即VPA建议值不能高于该值。可选资源类型： cpu memory
controlledResources	否	指定容器VPA资源类型，默认值为["cpu", "memory"]。可选资源类型： cpu memory
mode	否	该容器的VPA策略是否生效，默认值为“Auto”。可配置值： Auto：打开该容器的VPA策略。 Off：关闭该容器的VPA策略。

等待VPA生成资源期望值，执行以下命令查看VPA资源详情。

kubectl get vpa hamster-vpa -oyaml

回显如下：

apiVersion: autoscaling.k8s.io/v1
kind: VerticalPodAutoscaler
metadata:
  name: hamster-vpa
  namespace: default
spec:
  resourcePolicy:
    containerPolicies:
    - containerName: '*'
      controlledResources:
      - cpu
      - memory
      maxAllowed:
        cpu: 1
        memory: 500Mi
      minAllowed:
        cpu: 100m
        memory: 50Mi
  targetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: hamster
  updatePolicy:
    updateMode: "Off"
status:
  conditions:
  - lastTransitionTime: "2024-06-27T07:37:01Z"
    status: "True"
    type: RecommendationProvided
  recommendation:
    containerRecommendations:
    - containerName: hamster
      lowerBound:
        cpu: 475m
        memory: 262144k
      target:
        cpu: 587m
        memory: 262144k
      uncappedTarget:
        cpu: 587m
        memory: 262144k
      upperBound:
        cpu: 673m
        memory: 262144k

其中status.recommendation字段为VPA给出的资源配置建议值。

如果updateMode配置为“Auto”，该值会动态更新到正在运行的Pod资源申请配置上，将会导致Pod重建。

表3 containerRecommendation关键字段说明
字段	说明
containerName	VPA策略生效的容器名称。
target	VPA建议值，该值是结合了containerPolicy字段配置的资源上下限后的计算结果。 VPA使用该值弹性配置Pod资源申请量。
lowerBound	VPA下限建议值。
upperBound	VPA上限建议值。
uncappedTarget	实际计算的VPA建议值，该值是未结合containerPolicy字段配置的资源上下限的计算结果。