カスタム指標による Deployment の自動スケーリング

このチュートリアルでは、Stackdriver からインポートしたカスタム指標に基づいて Kubernetes Engine ワークロードを自動的にスケーリングする方法を示します。

目標

Kubernetes Engine でカスタム指標（カスタムメトリック）による自動スケーリングを設定するには、次のことを行う必要があります。

カスタム指標 Stackdriver アダプタをデプロイします。
カスタム指標を Stackdriver にエクスポートします。
HorizontalPodAutoscaler（HPA）リソースをデプロイして、カスタム指標に基づいて Deployment をスケーリングします。

始める前に

次の手順で Kubernetes Engine API を有効にします。

Google Cloud Platform Console で Kubernetes Engine ページにアクセスします。
プロジェクトを作成または選択します。
API と関連サービスが有効になるのを待ちます。これには数分かかることがあります。
プロジェクトに対して課金が有効になっていることを確認します。

課金を有効にする方法について

このチュートリアルで使用されている以下のコマンドラインツールをインストールします。

Kubernetes Engine クラスタを作成および削除するには、gcloud を使用します。gcloud は Google Cloud SDK に含まれています。
kubectl は、Kubernetes Engine で使用されるクラスタオーケストレーションシステムである Kubernetes を管理するために使用されます。gcloud を使用して kubectl をインストールできます。
```
gcloud components install kubectl
```

`gcloud` コマンドラインツールのデフォルトを設定する

次のコマンドを実行してデフォルト値を設定しておくと、gcloud コマンドラインツールでプロジェクト ID と Compute Engine ゾーンの各オプションを入力する時間を節約できます。

gcloud config set project [PROJECT_ID]
gcloud config set compute/zone us-central1-b

クラスタの作成とモニタリングの設定

有料の Stackdriver アカウントを作成します。
Kubernetes バージョン 1.9 以降を実行する Kubernetes Engine クラスタを作成します。
クラスタの Stackdriver Monitoring を有効にします。

カスタム指標の選択

カスタム指標による自動スケーリングには、次の 2 つの方法があります。

Deployment の中のすべてのポッドからカスタム指標をエクスポートし、ポッドあたりの平均値を目標にすることができます。
Deployment の外部の単一のポッドからカスタム指標をエクスポートし、合計値を目標にすることができます。

1 つの Deployment では、指定された制限内で、指標（メトリック）値に基づいて複製ポッドをスケーリングできます。合計目標値を伴う指標は、常に、スケーリングによって指標値が目標値に近づくように定義される必要があります。

たとえば、1 秒あたりのクエリ数の指標に基づいてフロントエンドアプリケーションをスケーリングする場合を考えみましょう。指標値が増加したとき、各ポッドで処理するトラフィック量は以前とほぼ同じままで、ポッド数を増やす必要があります。各ポッドの「クエリ/秒」値をエクスポートし、適切な目標平均値を設定することにより、望ましい動作が得られます。しかし、「クエリ/秒」の合計をエクスポートしてこの指標の合計目標値を設定しても、この場合は望ましい動作が得られません。ポッドの数を増やしてもトラフィックの総量は減少しないためです。

ユースケースに応じて、平均リクエストレイテンシなどの他の指標を合計目標値とともに直接使用して Deployment をスケーリングできます。

ステップ 1: カスタム指標 Stackdriver アダプタをデプロイする

Stackdriver に格納されている指標へのアクセスを Kubernetes Engine オブジェクトに許可するには、Custom Metrics Stackdriver アダプタをデプロイする必要があります。

クラスタでアダプタをデプロイするには、次のコマンドを実行します。

kubectl create -f https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/k8s-stackdriver/master/custom-metrics-stackdriver-adapter/adapter-beta.yaml

ステップ 2: 指標を Stackdriver にエクスポートする

指標を Stackdriver にエクスポートする方法として、アプリケーションから直接エクスポートすることも、または Prometheus 形式でそれらを公開し、Prometheus-to-Stackdriver アダプタをポッドのコンテナに追加することもできます。

Metrics Explorer で custom/[METRIC_NAME]（custom/foo など）を検索することにより、エクスポートした指標を表示できます。

アプリケーションからの指標のエクスポート

カスタム指標を作成し、それらをアプリケーションコードから Stackdriver に直接エクスポートすることができます。詳細については、Stackdriver Monitoring のドキュメントの「カスタム指標の作成」を参照してください。また、Stackdriver のカスタム指標の自動作成機能を利用することもできます。

指標は、次の要件を満たす必要があります。

指標の種類は GAUGE でなければなりません。
指標タイプは、DOUBLE または INT64 のいずれかです。
指標名は、接頭部 custom.googleapis.com/ の後に単純な名前を付けたものでなければなりません。
リソースタイプは "gke_container" でなければなりません
リソースラベルには、次のものが含まれていなければなりません。
- pod_id。これをポッド UID に設定します（Downward API により取得可能）。
- container_name = “”
- project_id、zone、cluster_name。アプリケーションによってメタデータサーバーから取得可能。値を取得するには、Google Cloud のコンピューティングメタデータクライアントを使用できます。

次のマニフェストファイルで記述される Deployment は、Stackdriver クライアントライブラリを使って指標をエクスポートする Go アプリケーションの単一インスタンスを実行します。

custom-metrics-autoscaling/direct-to-sd/custom-metrics-sd.yaml

GitHub で表示

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    run: custom-metric-sd
  name: custom-metric-sd
  namespace: default
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      run: custom-metric-sd
  template:
    metadata:
      labels:
        run: custom-metric-sd
    spec:
      containers:
      - command:
        - /bin/sh
        - -c
        - ./direct-to-sd --metric-name=foo --metric-value=40 --pod-id=$(POD_ID)
        image: gcr.io/google-samples/sd-dummy-exporter:latest
        name: sd-dummy-exporter
        resources:
          requests:
            cpu: 100m
        env:
          - name: POD_ID
            valueFrom:
              fieldRef:
                apiVersion: v1
                fieldPath: metadata.uid

Prometheus を使用したエクスポート

アプリケーションの指標を Prometheus 形式で公開し、Prometheus-to-Stackdriver アダプタをデプロイすることができます。それにより、指標が収集されて Stackdriver にエクスポートされます。Prometheus 形式で指標を公開する例については、「Kubernetes インストゥルメンテーションガイド」を参照してください。

指標は、次の要件を満たす必要があります。

指標タイプは Gauge でなければなりません
指標名に接頭部 custom.googleapis.com を含めないでください

指標のエクスポート元のポッド内に Prometheus をコンテナとしてデプロイし、次のフラグをコンテナに渡します。

pod-id および namespace-id: ポッドと名前空間 UID に設定します（Downward API で取得できます）。
source=http://localhost:[PORT]: ここで [PORT] は指標が公開されるポートです。
stackdriver-prefix=custom.googleapis.com

次のマニフェストファイルは、Prometheus クライアントライブラリとアダプタコンテナを使用して指標を公開する Go アプリケーションを含むポッドを記述しています。

custom-metrics-autoscaling/prometheus-to-sd/custom-metrics-prometheus-sd.yaml

GitHub で表示

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: custom-metric-prometheus-sd
spec:
  containers:
  - command:
    - /bin/sh
    - -c
    - ./prometheus-dummy-exporter --metric-name=foo --metric-value=40 --port=8080
    image: gcr.io/google-samples/prometheus-dummy-exporter:latest
    imagePullPolicy: Always
    name: prometheus-dummy-exporter
    resources:
      requests:
        cpu: 100m
  - name: prometheus-to-sd
    image: gcr.io/google-containers/prometheus-to-sd:v0.2.3
    command:
    - /monitor
    - --source=:http://localhost:8080
    - --stackdriver-prefix=custom.googleapis.com
    - --pod-id=$(POD_ID)
    - --namespace-id=$(POD_NAMESPACE)
    env:
    - name: POD_ID
      valueFrom:
        fieldRef:
          apiVersion: v1
          fieldPath: metadata.uid
    - name: POD_NAMESPACE
      valueFrom:
        fieldRef:
          fieldPath: metadata.namespace

ステップ 3: HorizontalPodAutoscaler オブジェクトを作成する

指標を Stackdriver にエクスポートしたら、次に HPA をデプロイすることで、指標に基づいて Deployment をスケーリングできます。

指標を収集してエクスポートするためにどんな方法を選んだかによって、以下の手順は異なります。

すべてのポッドの指標に基づく自動スケーリング

HPA は、指標を使用して平均値を計算し、それを目標平均値と比較します。

アプリケーションから Stackdriver へのエクスポートの例では、指標をエクスポートするポッドが Deployment に含まれています。次のマニフェストファイルは、指標の平均目標値に基づいて Deployment をスケーリングする HorizontalPodAutoscaler オブジェクトを記述しています。

custom-metrics-autoscaling/direct-to-sd/custom-metrics-sd-hpa.yaml

GitHub で表示

apiVersion: autoscaling/v2beta1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: custom-metric-sd
  namespace: default
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1beta1
    kind: Deployment
    name: custom-metric-sd
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 5
  metrics:
  - type: Pods
    pods:
      metricName: foo
      targetAverageValue: 20

単一ポッドの指標に基づく自動スケーリング

HPA は、単一ポッドによって公開された値を、指定された目標値と直接比較します。このポッドを、スケーリングされるワークフローにバインドする必要はありません。

Prometheus から Stackdriver へのエクスポートの例では、単一のポッドが指標をエクスポートします。次のマニフェストファイルは、Deployment、および指標の目標値に基づいて Deployment をスケーリングする HPA を記述しています。

custom-metrics-autoscaling/prometheus-to-sd/custom-metrics-prometheus-sd-hpa.yaml

GitHub で表示

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: dummy-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: dummy-deployment
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: dummy-deployment
    spec:
      containers:
      - name: long
        image: busybox
        command: ["/bin/sh",  "-c", "sleep 180000000"]
---
apiVersion: autoscaling/v2beta1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: dummy-deployment-hpa
  namespace: default
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1beta1
    kind: Deployment
    name: dummy-deployment
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 5
  metrics:
  - type: Object
    object:
      target:
        kind: Pod
        name: custom-metric-prometheus-sd
      metricName: foo
      targetValue: 20

クリーンアップ

このチュートリアルで使用するリソースについて、Google Cloud Platform アカウントに課金されないようにする手順は次のとおりです。

次のコマンドを実行して、Kubernetes Engine クラスタを削除します。

gcloud container clusters delete [CLUSTER-NAME]

次のステップ

Kubernetes Engine のチュートリアルを調べる。
Google Cloud Platform のその他の機能を試す。チュートリアルをご覧ください。

目標

始める前に

gcloud コマンドライン ツールのデフォルトを設定する

クラスタの作成とモニタリングの設定

カスタム指標の選択

ステップ 1: カスタム指標 Stackdriver アダプタをデプロイする

ステップ 2: 指標を Stackdriver にエクスポートする

アプリケーションからの指標のエクスポート

Prometheus を使用したエクスポート

ステップ 3: HorizontalPodAutoscaler オブジェクトを作成する

すべてのポッドの指標に基づく自動スケーリング

単一ポッドの指標に基づく自動スケーリング

クリーンアップ

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