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使用 kube-downscaler 降低Kubernetes集群成本
介绍
Kube-downscaler 是一款开源工具，允许用户定义 Kubernetes 中 pod 资源自动缩减的时间。这有助于通过减少非高峰时段的资源使用量来降低基础设施成本。 在本文中，我们将详细介绍 kube-downscaler 的功能、安装和配置，以及它的用例和未来前景。 kube-downscaler的特点 Kube-downscaler 是一款基于调度的强大工具，用于在 Kubernetes 集群中对应用程序进行升级或降级。在本节中，我们将探讨该工具的一些关键功能： 与Kubernetes功能或工具的兼容性 Kube-downscaler 还支持水平 Pod 自动缩放 (HPA)，并可以与 HPA 结合使用，以确保为应用程序维护所需的副本数量。这使得 kube-downscaler 能够为 Kubernetes 中的应用程序扩展提供额外的灵活性和细粒度的控制。 Karpenter 和 kube-downscaler 是两个可以结合使用的工具，可以为 Kubernetes 集群提供完整且强大的资源管理解决方案。通过结合使用 Karpenter 和 kube-downscaler，Kubernetes 集群可以从水平和垂直扩展中受益。 Downscaler 允许减少 Pod 数量，而 Karpenter 通过将 Pod 整合到更少或不同类型的机器上来优化节点利用率。 与Kubernetes功能或工具的兼容性 Kube-downscaler 还支持水平 Pod 自动缩放 (HPA)，并可以与 HPA 结合使用，以确保为应用程序维护所需的副本数量。这使得 kube-downscaler 能够为 Kubernetes 中的应用程序扩展提供额外的灵活性和细粒度的控制。 Karpenter 和 kube-downscaler 是两个可以结合使用的工具，可以为 Kubernetes 集群提供完整且强大的资源管理解决方案。通过结合使用 Karpenter 和 kube-downscaler，Kubernetes 集群可以从水平和垂直扩展中受益。 Downscaler 允许减少 Pod 数量，而 Karpenter 通过将 Pod 整合到更少或不同类型的机器上来优化节点利用率。 根据定义的时间段自动扩展部署副本 Kube-downscaler 可以根据预定义的时间段自动扩展部署副本。这意味着我们可以设置一个计划，在一天、一周或一个月的特定时间增加或减少副本数量。 比如，如果我们知道应用程序在一天中的某些时段遇到高流量，则可以将 kube-downscaler 配置为在这些时段自动扩展副本，然后在流量减少时缩小副本。 这可以允许在预期峰值负载的情况下进行扩展，而不是等待峰值负载发生并由 HPA 处理。这可以帮助优化资源使用并确保您的应用程序始终可用且响应迅速。 但是 Kube-downscaler 主要用于缩小副本并优化集群的成本，我们通常使用 HPA 来管理扩展。 kube-downscaler的安装和配置
kubernetes集群上kube-downscaler安装说明 -
从 GitHub 克隆 kube-downscaler 存储库：
git clone <https://codeberg.org/hjacobs/kube-downscaler.git>-
进入 kube-downscaler 目录：
cd kube-downscaler-
编辑 deploy/kube-downscaler.yaml文件以根据您的具体需求自定义配置。例如，可以调整时区、计划和缩放规则。 -
将配置应用到您的 Kubernetes 集群：
kubectl apply -f deploy/此命令将部署 kube-downscaler 控制器并创建 kube-downscaler部署。可以通过检查 kube-downscaler部署的日志来验证 kube-downscaler 控制器是否正在运行：kubectl logs -f deployment/kube-downscaler安装完成后，需要进行一下配置。 根据具体用户需求配置kube-downscaler Kube-downscaler 通过在 Kubernetes 部署对象上使用注释来提供扩展计划的定制。 部署对象中的 downTimePeriod注释可用于指定不应扩展部署的停机时间段。minReplicas注释可用于设置部署的最小副本数。这些字段与 kube-downscaler 注释结合使用，允许您根据特定的业务需求和资源利用模式创建自定义的扩展计划。 通过调整这些字段，可以配置 kube-downscaler 以优化应用程序可用性和成本效率的方式扩展部署。 以下是使用 kube-downscaler 进行部署的简单配置。 apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata:name: random-deploymentannotations:# Kube-downscalerdownscaler/downtimePeriod: "Mon-Fri 00:00-07:00 Europe/Berlin"downscaler/minReplicas: 1spec:replicas: 2selector:matchLabels:app: randomtemplate:metadata:labels:app: randomspec:containers:- name: random-containerimage: random-image通过此配置，从周一到周五午夜到早上 7 点（在欧洲/柏林时间线上），副本数量将减少到 1 个。 kube-downscaler 将根据定义的计划自动开始缩减 pod。 目前我们已经在 Kubernetes 集群上安装并运行了 kube-downscaler。 算法 Kube-downscaler如果满足以下所有条件，将缩减部署的副本：-
- current time不是“uptime”计划的一部分，也不是“downtime”计划的一部分。 如果为 true，则按以下顺序评估计划：
downscaler/downscale-period或downscaler/downtime工作负载定义的注释downscaler/upscale-period或downscaler/uptime工作负载定义的注释downscaler/downscale-period或downscaler/downtime工作负载命名空间上的注释downscaler/upscale-period或downscaler/uptime工作负载命名空间上的注释--upscale-period或--default-uptimeCLI 参数--downscale-period或--default-downtimeCLI 参数UPSCALE_PERIOD或DEFAULT_UPTIME环境变量DOWNSCALE_PERIOD或DEFAULT_DOWNTIME环境变量
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- 工作负载的命名空间不是排除列表的一部分：
- 如果提供排除列表，它将用于代替默认值（仅包括
kube-system）。
- 工作负载的标签与标签列表不匹配。
- 工作负载的名称不是排除列表的一部分
- 工作负载未标记为排除（注释
downscaler/exclude: "true"或downscaler/exclude-until: "2024-04-05"） - 没有活动 Pod 强制整个集群进入正常运行时间（注释
downscaler/force-uptime: "true"）
Minimum replicas最小副本数 默认情况下，部署将缩减为零副本。这可以通过部署或其命名空间的注释进行配置， downscaler/downtime-replicas也可以通过 CLI 使用--downtime-replicas.Ex: downscaler/downtime-replicas: "1"Specific workload特定工作负载 在正常的情况下 HorizontalPodAutoscalers，该字段不能设置为零， 因此downscaler/downtime-replicas至少1应设置为 。 关于CronJobs，它们的状态将按照我们的预期进行定义suspend: true。注意点 请注意，默认的宽限期为 15 分钟适用于新的 nginx 部署，即 -
如果当前时间不在 ，它不会立即缩小 Mon-Fri 9-17 (Buenos Aires timezone)，而是在 15 分钟后缩小。downscaler最终会记录如下内容：
INFO: Scaling down Deployment default/nginx from 1 to 0 replicas (uptime: Mon-Fri 09:00-17:00 America/Buenos_Aires, downtime: never)请注意，如果 HorizontalPodAutoscaler（HPA） 与部署一起使用，请考虑以下事项：-
如果需要缩减到 0 个副本，则应在 上 Deployment应用注释。这是一种特殊情况，因为minReplicas不允许在 HPA 上为 0。将部署副本设置为 0 实质上会禁用 HPA。在这种情况下，HPA 将发出事件，例如failed to get memory utilization: unable to get metrics for resource memory: no metrics returned from resource metrics API没有 Pod 可以从中检索指标。 -
如果需要缩小大于 0，则应在 HPA 上应用注释。这允许在停机期间根据外部流量动态扩展 Pod，并在停机期间保持较低的 minReplicas流量，如果没有低流量。如果对部署而不是 HPA 进行批注，则会导致争用条件，即缩减部署，kube-downscalerHPA 在部署更高时minReplicas将其升级。
若要使用 在 HPA 上 --downtime-replicas=1启用downscaler，请确保将以下注释添加到部署和 HPA。$ kubectl annotate deploy nginx 'downscaler/exclude=true'$ kubectl annotate hpa nginx 'downscaler/downtime-replicas=1'$ kubectl annotate hpa nginx 'downscaler/uptime=Mon-Fri 09:00-17:00 America/Buenos_Aires'详细配置 Uptime/downtime spec downscaler通过命令行参数、环境变量或 Kubernetes 注释进行配置。 时间定义（例如 DEFAULT_UPTIME）接受以逗号分隔的规范列表，例如，以下配置将缩小非工作时间的所有部署：DEFAULT_UPTIME="Mon-Fri 07:30-20:30 Europe/Berlin"仅在周末和周五 20：00 后缩小： DEFAULT_DOWNTIME="Sat-Sun 00:00-24:00 CET,Fri-Fri 20:00-24:00 CET'每个时间规范可以采用以下两种格式之一： -
重复规范格式 <WEEKDAY-FROM>-<WEEKDAY-TO-INCLUSIVE> <HH>:<MM>-<HH>:<MM> <TIMEZONE>.时区值可以是任何时区，例如“US/Eastern”、“PST”或“UTC”。 -
绝对规范格式， <TIME_FROM>-<TIME_TO>其中每个<TIME>格式都是ISO 8601日期和时间的格式<YYYY>-<MM>-<DD>T<HH>:<MM>:<SS>[+-]<TZHH>:<TZMM>。
基于periods的替代逻辑 您可以选择升级或缩减的时间段，而不是严格的正常运行时间或停机时间。时间定义是相同的。在这种情况下，放大或缩小只发生在时间段，其余时间将被忽略。 如果配置了升级或缩减周期，将忽略正常运行时间和停机时间。这意味着某些选项是互斥的，例如，您可以使用或 --default-downtime，但不能同时使用--downscale-period两者。此定义将在 19：00 到 20：00 之间缩减群集。如果手动升级集群，则在第二天 19：00-20：00 之前不会缩减集群。 DOWNSCALE_PERIOD="Mon-Sun 19:00-20:00 Europe/Berlin"命令行选项 可用的命令行选项： -
--dry-run仅运行模式：不更改任何内容，只需打印将要执行的操作 -
--debug调试模式：打印更多信息 -
--once仅运行一次循环并退出 -
--interval循环间隔（默认：30 秒） -
--namespace将downscaler限制为仅在单个命名空间（默认：所有命名空间）中工作。这主要适用于 kube-downscaler 的部署者只能访问给定命名空间（而不是集群访问权限）的部署场景。如果与 同时 --exclude-namespaces使用 ，则不应用任何应用。 -
--include-resources将此类资源缩小为逗号分隔列表。 -
--grace-period新部署在缩减部署之前的宽限期（以秒为单位）（默认值：15 分钟）。宽限期从创建部署时开始计算，即无论宽限期如何，更新的部署都将立即缩减。 -
--upscale-period仅在给定时间段内纵向扩展的替代逻辑（默认：从不），也可以通过环境变量 UPSCALE_PERIOD或通过每个部署downscaler/upscale-period上的注释进行配置 -
--downscale-period仅在给定时间段内缩减的替代逻辑（默认：从不），也可以通过环境变量 DOWNSCALE_PERIOD或通过每个部署downscaler/downscale-period上的注释进行配置 -
--default-uptime要纵向扩展的默认时间范围（默认：始终），也可以通过环境变量 DEFAULT_UPTIME或通过每个部署downscaler/uptime上的注释进行配置 -
--default-downtime要缩减的默认时间范围（默认：从不），也可以通过环境变量 DEFAULT_DOWNTIME或通过每个部署downscaler/downtime上的注释进行配置 -
--exclude-namespaces从降级中排除命名空间（正则表达式模式列表，默认：kube-system），也可以通过环境变量 EXCLUDE_NAMESPACES进行配置。如果与 同时--namespace使用 ，则不应用任何应用。 -
--exclude-deployments从降级中排除特定部署/状态集/cronjobs（默认：kube-downscaler，downscaler），也可以通过环境变量 EXCLUDE_DEPLOYMENTS进行配置。尽管名称如此，但此选项将与任何包含的资源类型（Deployment，StatefulSet，CronJob等）的名称匹配。 -
--downtime-replicas缩小到的副本的默认值，注释 downscaler/downtime-replicas优先于此值。 -
--deployment-time-annotation可选：将使用的注释的名称，而不是资源的创建时间戳。如果您希望资源在部署后的宽限期 （ --grace-period） 内保持纵向扩展，则应使用此选项。注释的时间戳值的格式必须与 Kubernetes 的格式完全相同：creationTimestamp%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ。建议：通过部署工具自动设置此批注。 -
--matching-labels可选：kube-downscaleer 范围涵盖的工作负载标签列表。标签与列表中的任何工作负载都不匹配的所有工作负载都将被忽略。为了向后兼容，如果未指定此参数，kube-downscaler 将应用于所有资源。
Namespace Defaults命名空间默认值 DEFAULT_UPTIME、DEFAULT_DOWNTIME和FORCE_UPTIME排除也可以使用命名空间注释进行配置。在配置的情况下，这些值将取代其他全局默认值。apiVersion: v1kind: Namespacemetadata:name: foolabels:name: fooannotations:: Mon-Sun 07:30-18:00 CET命名空间级别支持以下批注： -
downscaler/upscale-period -
downscaler/downscale-period -
downscaler/uptime：为此命名空间中的所有资源设置“正常运行时间” -
downscaler/downtime：为此命名空间中的所有资源设置“停机时间” -
downscaler/force-downtime：强制缩减此命名空间中的所有资源 – 可以是true/false -
downscaler/force-uptime：强制向上扩展此命名空间中的所有资源 – 可以是true/false -
downscaler/exclude：设置为 以true排除命名空间中的所有资源 -
downscaler/exclude-until：暂时排除命名空间中的所有资源，直到给定的时间戳 -
downscaler/downtime-replicas：覆盖默认目标副本以缩小到（默认值：零）
使用案例
该工具的主要用例是通过优化 Kubernetes 集群资源的利用率来降低成本。不过，它也可以用来预热集群，避免过度依赖 HPA。 虽然这不是其主要目的，但这种组合提供了一种替代解决方案，可确保应用程序的高可用性，同时最大限度地降低基础设施成本。 降低成本 kube-downscaler 的另一个用例是防止高峰使用期间的服务中断。通过定义在高需求期间扩展资源的计划，kube-downscaler 可以帮助预先扩展部署并避免 HPA 延迟，以确保应用程序即使在高峰使用期间也保持可用和响应。 服务中断预防 kube-downscaler 的另一个用例是防止高峰使用期间的服务中断。通过定义在高需求期间扩展资源的计划，kube-downscaler 可以帮助预先扩展部署并避免 HPA 延迟，以确保应用程序即使在高峰使用期间也保持可用和响应。 建议
基于预定义计划的扩展，这可能并不适合所有用例。此外，它不支持自动缩放，这意味着用户必须手动调整缩放计划以满足不断变化的需求。 另一种可供考虑的解决方案是 Keda。 Keda是一个开源项目，为Kubernetes应用程序提供动态自动伸缩功能。使用 Keda，用户可以根据各种指标（例如队列长度、CPU 使用率或自定义指标）设置自定义扩展规则。 这允许对资源使用进行更精细的控制，并确保应用程序始终能够正确扩展以满足需求。 此外，Keda 兼容广泛的 Kubernetes 应用程序，包括有状态和无状态应用程序，并支持多种事件源，例如 Azure Event Hubs、Kafka 和 RabbitMQ。 结论
Kube-downscaler 是管理 Kubernetes 集群中资源使用情况的强大工具。通过定义扩展计划，用户可以优化集群中的资源使用并降低成本，同时确保应用程序即使在高峰使用期间也保持可用和响应。 虽然 kube-downscaler 是管理 Kubernetes 集群中资源使用情况的一个有价值的工具，但它可能有一些限制。如果需要对资源扩展进行更精细的控制或需要自动扩展功能，那么可能值得考虑像 Keda 这样的替代解决方案。 -
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