外部指標による Deployment の自動スケーリング

このチュートリアルでは、Stackdriver から取得できる指標に基づいて GKE 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。

Kubernetes ワークロードによってエクスポートされた指標、またはポッドやノードなどの Kubernetes オブジェクトに関連付けられた指標に基づいて自動スケーリングする場合は、代わりにカスタム指標を使用した Deployment の自動スケーリングをご覧ください。

この例では、Cloud Pub/Sub サブスクリプションの未送信メッセージ数に基づいた自動スケーリングを示していますが、この手順は Stackdriver で使用可能なすべての指標に適用できます。

目標

このチュートリアルでは、次の手順について説明します。

カスタム指標 Stackdriver アダプタをデプロイする方法。
HorizontalPodAutoscaler（HPA）リソースをデプロイして、別の Google Cloud Platform サービスの Stackdriver 指標に基づいて Deployment をスケーリングする方法。

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

クラスタを作成する

Kubernetes バージョン 1.10 以降を実行する GKE クラスタを作成します。

Pub/Sub サブスクライバーアプリケーションをデプロイする

Cloud Pub/Sub を使用してアプリケーションを実行するには、Google Cloud サービスアカウントを作成し、アプリケーションに認証情報を提供する必要があります。これについては、サービスアカウントを使用した Cloud Platform への認証チュートリアルで説明しています。

以降の手順では、サービスアカウントを使用した Cloud Platform への認証で作成した Deployment を自動スケールする方法を示します。次に進む前に、このチュートリアルの手順 1〜6 を完了する必要があります。

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 GKE オブジェクトに許可するには、カスタム指標 Stackdriver アダプタをデプロイする必要があります。カスタム指標アダプタを実行するには、次の Kubernetes コマンドを実行して、必要な承認の役割を作成する権限をユーザーに付与する必要があります。

kubectl create clusterrolebinding cluster-admin-binding \
    --clusterrole cluster-admin --user "$(gcloud config get-value account)"

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/deploy/production/adapter.yaml

ステップ 2: HorizontalPodAutoscaler オブジェクトを作成する

カスタム指標 Stackdriver アダプタをデプロイしたら、次に HorizontalPodAutoscaler をデプロイすることで、Deployment を自動スケーリングできます。

次のマニフェストファイルは、Pub/Sub サブスクリプションの未確認メッセージ数に基づくターゲット値に基づいて 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。

cloud-pubsub / deployment / pubsub-hpa.yaml

GitHub で表示

apiVersion: autoscaling/v2beta1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: pubsub
spec:
  minReplicas: 1
  maxReplicas: 5
  metrics:
  - external:
      metricName: pubsub.googleapis.com|subscription|num_undelivered_messages
      metricSelector:
        matchLabels:
          resource.labels.subscription_id: echo-read
      targetAverageValue: "2"
    type: External
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: pubsub

このマニフェストをデプロイするには、マニフェストを hpa.yaml というファイル名でマシンにダウンロードしてから、次のコマンドを実行します。

kubectl apply -f hpa.yaml

ステップ 3: 負荷を生成する

この例でデプロイされたサンプルアプリケーションは、数秒ごとに 1 つのメッセージを処理します。継続的に公開することで、メッセージがキューに入れられて、自動スケーリングをトリガーできます。次のコマンドを使用すると、200 件のメッセージを Pub/Sub トピックに公開できます。

for i in {1..200}; do gcloud pubsub topics publish echo --message="Autoscaling #${i}"; done

ステップ 4: HPA によるアプリケーションの追加レプリカの作成を観測する

Deployment の現在のレプリカの数を確認するには、次のコマンドを実行します。

kubectl get deployment pubsub

また、HPA の状態と最近のアクティビティを調べるには、次のコマンドを実行します。

kubectl describe hpa pubsub

出力:

Name:                                                                                    pubsub
...
Metrics:                                                                                 ( current / target )
"pubsub.googleapis.com|subscription|num_undelivered_messages" (target average value):  2250m / 2
Min replicas:                                                                            1
Max replicas:                                                                            4
Conditions:
Type            Status  Reason            Message
----            ------  ------            -------
AbleToScale     True    SucceededRescale  the HPA controller was able to update the target scale to 4
ScalingActive   True    ValidMetricFound  the HPA was able to successfully calculate a replica count from external metric pubsub.googleapis.com|subscription|num_undelivered_messages(&LabelSelector{MatchLabels:map[string]string{resource.labels.subscription_id: echo-read,},MatchExpressions:[],})
ScalingLimited  True    TooManyReplicas   the desired replica count is more than the maximum replica count
Events:
Type    Reason             Age   From                       Message
----    ------             ----  ----                       -------
Normal  SuccessfulRescale  7s    horizontal-pod-autoscaler  New size: 4; reason:
external metric
pubsub.googleapis.com|subscription|num_undelivered_messages(&LabelSelector{MatchLabels:map[string]string{resource.labels.subscription_id:
echo-read,},MatchExpressions:[],}) above target

[Metrics] セクションには、HPA によって観測された指標の最終値が表示されます。小数値はミリ単位で表されます。たとえば、上記の出力では、アプリケーションのレプリカが 4 つあり、Pub/Sub サブスクリプションの現在の未確認メッセージ数は 9 です。したがって、レプリカあたりの平均メッセージ数は 2.25、つまり 2250 m です。

[Conditions] セクションは、HorizontalPodAutoscaler をスケーリングできるかどうかを示します。上記の例では、ScalingLimited 条件は、レプリカの数が最大許容値であり、HPA がそれ以上増やさないことを示しています。

最後に、HPA はアプリケーションのレプリカ数を変更するたびにイベントを作成します（上記の [Events] セクションを参照）。上記の例では、確認応答されていないメッセージの数が目標数を超えたため、レプリカの数は 4 に変更されました。

別の指標を使用する

Stackdriver で使用可能な指標は、metricType が INT64 または DOUBLE である限り、自動スケーリングに使用できます。使用可能な指標を参照するには、Metrics Explorer または GCP 指標リストを使用します。指標の種類が GAUGE である場合、現在の指標値が自動スケーリングに使用されます。指標 DELTA と CUMULATIVE では、指標のレート（1 秒当たりの指標の変更）が代わりに使用されます。レートの計算方法の詳細については、カスタム指標アダプタのドキュメントをご覧ください。

外部指標仕様の作成

自動スケーリングに使用する指標を選択したら、HorizontalPodAutoscaler の外部指標仕様を記述する必要があります。これを行うには、次の 3 つのフィールドを指定する必要があります。

metricName: 指標の名前。Kubernetes API では指標名にスラッシュを使用できないため、パイプ記号（|）で置き換える必要があります。このチュートリアルでは pubsub.googleapis.com/subscription/num_undelivered_messages が pubsub.googleapis.com|subscription|num_undelivered_messages として指定されている点にご注目ください。
metricSelector: 特定の時系列の指標を選択するためのオプション。metricSelector が複数の時系列と一致する場合は、それらの値の合計が自動スケーリングに使用されます。このチュートリアルでは、metricSelector を使用して、echo-read サブスクリプション内のメッセージのみを考慮するよう HPA に制限を加えました。詳細は、Stackdriver の時系列とラベルと Kubernetes LabelSelector をご覧ください。
targetAverageValue: 各レプリカが処理できる指標の合計値を指定します。これは、Pub/Sub メッセージや QPS など、レプリカ間で分割できる作業やリソースを表す指標を使用する場合に便利です。リクエストの平均レイテンシなどの他の指標では、グローバルターゲット値を指定する方が理にかなっています。これを行うには、targetAverageValue の代わりに targetValue を指定します。

複数の指標に基づく自動スケーリング

「カスタム指標を使用した Deployment の自動スケーリング」で説明しているように、外部指標とその他の種類の指標を組み合わせて、1 つの HorizontalPodAutoscaler を持つ複数の指標を使用できます。これを行うには、HPA オブジェクト仕様内の metrics リストで、個別のエントリとして使用する各指標を指定します。HPA は、各指標に基づいてレプリカの数を計算し、最も多いものを選択します。

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。

Pub/Sub サブスクリプションとトピックをクリーンアップします。
```
gcloud pubsub subscriptions delete echo-read
gcloud pubsub topics delete echo
```
次のコマンドを実行して、GKE 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。こちらのチュートリアルをご覧ください。

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最終更新日: 4月 12, 2019