Objetivos
Al finalizar el tutorial el estudiante estará en capacidad de:
- Desplegar una aplicación basada en contenedores ubicada en un repositorio privado mediante Kubernetes.
- Escalar de manera horizontal mediante estrategias declarativas e imperativas.
Pasos previos
En particular se utilizarán los siguientes recursos:
- Repositorio privado con la imagen de contenedor de la aplicación suma, el cual fue publicado en el tutorial Container Registry. Por favor realice ese tutorial antes de continuar con el desarrollo de esta guía.
- gcloud SDK para acceder a los servicios del proveedor Google Cloud Platform a partir de la consola. En caso de no tenerla instalada puede consultar el siguiente manual de instalación:https://cloud.google.com/sdk/docs/install
- Herramienta de control de Kubernetes, kubectl. En caso de no tenerla instalada puede consultar el siguiente manual de instalación:https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/
Para este tutorial manejaremos el repositorio de calculadora-numeros usado en los tutoriales pasados, en caso de no tenerlo clonado aún, puede consultarlo en el siguiente enlace. Trabajaremos sobre la rama feature/scale-pods, para ello cambie la rama del repositorio actual a la respectiva rama, para hacerlo ejecute en su terminal:
user@192 ~ % git checkout feature/scale-pods
Si ya se encuentra en esta rama, haga caso omiso al comando presentado anteriormente.
El escalamiento horizontal consiste en potenciar el rendimiento del sistema desde un aspecto de mejora global, a diferencia de aumentar la potencia de una única máquina. Este tipo de escalabilidad se basa en la modularidad de su funcionalidad.
En el caso que no tenga ejecutando la aplicación de suma en su cluster, acceda al archivo k8s-service.yml de la carpeta suma y modifique la uri de la imagen de la aplicación suma y ejecute el despliegue sobre su infraestructura.
user@192 ~ % kubectl apply -f k8s-service.yml
Valide cuantos pods están corriendo en el cluster que hemos creado, si se ejecuta el siguiente comando dentro del proyecto de calculadora:
user@192 ~ % kubectl get pods
podrá ver lo siguiente:
NAME READY STATUS RESTARTS AGE suma-8696dbb58-jrkvm 1/1 Running 0 6s
Como puede ver, por defecto tenemos un solo pod corriendo, en caso de una mayor carga y que el pod deba atender más solicitudes, se hará menester escalar para poder corresponder la operación.
Para escalar el cluster manualmente a 2 instancias, ejecute el siguiente comando:
user@192 ~ % kubectl scale deployment suma --replicas=2
Podrá obtener como respuesta:
deployment.apps/suma scaled
Ejecute nuevamente el comando kubectl get pods podrá obtener como respuesta:
user@192 ~ % kubectl get pods NAME READY STATUS RESTARTS AGE suma-8696dbb58-jrkvm 1/1 Running 0 92s suma-8696dbb58-l4s5r 1/1 Running 0 19s
Si se fija ahora hay dos pods corriendo, estos reciben tráfico cuando los request pasan por el balanceador de carga. Si va a la sección de ingress y servicios, en la sección de Pods activos puede validar que hay dos pods corriendo actualmente.
A modo de ejemplo escalaremos el cluster a 10 pods, el comando se ve de la siguiente forma:
user@192 ~ % kubectl scale deployment suma -–replicas=10
Ejecute nuevamente el comando kubectl get pods podrá obtener como respuesta:
user@192 ~ % kubectl get pods NAME READY STATUS RESTARTS AGE suma-8696dbb58-258zk 0/1 ContainerCreating 0 3s suma-8696dbb58-6z6mj 0/1 ContainerCreating 0 3s suma-8696dbb58-9c7nw 0/1 Pending 0 2s suma-8696dbb58-d974k 0/1 Pending 0 3s suma-8696dbb58-h2ddz 0/1 ContainerCreating 0 3s suma-8696dbb58-hzxtj 0/1 ContainerCreating 0 3s suma-8696dbb58-jrkvm 1/1 Running 0 5m44s suma-8696dbb58-l4s5r 1/1 Running 0 4m31s suma-8696dbb58-np6c7 0/1 Pending 0 2s suma-8696dbb58-xj627 0/1 ContainerCreating 0 2s
Ejecutar kubectl scale es una operación imperativa que tiene un efecto directo en su clúster. De esta forma, está instruyendo a Kubernetes para que suministre una cantidad específica de réplicas lo antes posible. Los cambios en los recuentos de réplicas deben ser en respuesta a eventos específicos, como la congestión que hace que las solicitudes se ejecuten lentamente o se eliminen. Lo mejor es analizar la capacidad de su servicio actual, evite escalar su aplicación con demasiada frecuencia, ya que cada operación puede causar demoras mientras se programan y finalizan los pods.
Desescalando (Imperativo)
Si basado en las métricas de los recursos ve que su aplicación tiene cierta holgura y puede ahorrar pods (esto viene con reducción en costos) en la operación, puede escalar hacia abajo. En el ejemplo anterior escalamos a 10 pods, bajaremos a 1 pod en el cluster. Mediante el mismo comando presentadora anteriormente:
user@192 ~ % kubectl scale deployment suma -–replicas=1
Note cómo indicamos el valor de 1 en las réplicas de escalamiento. Ejecute nuevamente el comando kubectl get pods podrá obtener como respuesta:
user@192 ~ % kubectl get pods NAME READY STATUS RESTARTS AGE suma-8696dbb58-l4s5r 1/1 Running 0 6m
Puede ejecutar kubectl scale --replicas=0, esto eliminará todos los contenedores de los objetos seleccionados, deteniendo la aplicación. Puede volver a escalar repitiendo el comando con un valor positivo.
Otra de las opciones que tenemos disponibles para los despliegues es la posibilidad de configurar reglas de escalamiento horizontal en archivos yaml de forma declarativa. En el archivo k8s-autoescale.yml de la misma carpeta suma. en el podrá ver la regla de escalamiento configurada para el despliegue suma.
apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
name: suma-autoscaler
spec:
scaleTargetRef:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
name: suma
minReplicas: 5
maxReplicas: 10
targetCPUUtilizationPercentage: 50
Allí se ven datos como:
- ApiVersion: Versión del archivo de escalamiento.
- kind: Escalamiento horizontal
- metadata: Nombre del despliegue
- spec: Sección donde se indica metadata del escalamiento así como definiciones de métricas asociadas al despliegue.
- replicas: Número de instancias que se esperan al momento de aplicar el archivo yml, cabe aclarar que puede definir de forma personalizada el número mínimo de pods, número máximo de instancias y que tipo de métrica escuchar (e.i CPU, memoria, etc)
- targetCPUUtilizationPercentage: Al cumplir este porcentaje de uso el cluster escalará hasta un máximo de 10 instancias para el caso de ejemplo.
Para aplicar la regla de escalamiento del archivo utilice el siguiente comando:
user@192 ~ % kubectl apply -f k8s-autoscale.yml
Podrá observar lo siguiente:
user@192 ~ % kubectl apply -f k8s-autoscale.yml horizontalpodautoscaler.autoscaling/suma-autoscaler created
Una vez corra el archivo k8s-autoescale.yml kubectl diferenciará automáticamente los cambios y tomará medidas para evolucionar el estado de su clúster hacia lo que se declara en el archivo.
Ejecute nuevamente el comando kubectl get pods podrá obtener como respuesta:
user@192 ~ % kubectl get pods NAME READY STATUS RESTARTS AGE suma-8696dbb58-78tsw 0/1 ContainerCreating 0 1s suma-8696dbb58-l4s5r 1/1 Running 0 13m suma-8696dbb58-m9kjx 0/1 ContainerCreating 0 1s suma-8696dbb58-nr9jm 0/1 ContainerCreating 0 0s suma-8696dbb58-q8hkn 0/1 ContainerCreating 0 1s
Podrá observar cómo se cumple el valor minReplicas seteado en el archivo de autoescalamiento. Recuerde escalar abajo cuando termine de experimentar para evitar el consumo de recursos adicionales.
Desescalando (Declarativo)
Cambie el archivo k8s-autoescale.yml e indique un valor mínimo de 1 réplica de un máximo de 1. El archivo de debe ver de la siguiente forma:
apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
name: suma-autoscaler
spec:
scaleTargetRef:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
name: suma
minReplicas: 1
maxReplicas: 1
targetCPUUtilizationPercentage: 50
Si ejecuta nuevamente el comando kubectl get pods podrá observar como un solo pod está levantado luego del escalamiento hacia abajo. Puede validarlo en la consola de GCP.
¡Éxitos en el desarrollo del tutorial y nos vemos en una próxima oportunidad!
[1] «Qué es Kubernetes», [Online]. Disponible en:https://kubernetes.io/es/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/ .
[2] «Descripción general de Autopilot | Documentación de Kubernetes Engine | Google Cloud». [Online]. Disponible en:https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/concepts/autopilot-overview
[3] Using kubectl scale: Tutorial and best practices (no date) RSS. Disponible en: https://www.containiq.com/post/kubectl-scale#:~:text=The%20kubectl%20scale%20command%20is%20an%20imperative%20mechanism%20for%20scaling,number%20of%20pods%20are%20running. (Accessed: November 22, 2022).