工作负载伸缩主要是指通过增加应用负载副本的方式，修改负载的调度容量。本文为您介绍常见的工作负载伸缩的工作原理。

指标伸缩

HPA（Horizontal Pod Autoscaler，水平 Pod 弹性伸缩）在 Kubernetes 集群中用于 Pod 水平自动伸缩，它基于 CPU 和内存利用率、GPU/GPU 显存使用率、网络吞吐率等，对工作负载（例如 Deployment）和 Replicaset 控制器中的 Pod 数量进行自动扩缩容。

HPA 由 Kubernetes API 资源和控制器实现。资源决定了控制器的行为，控制器会周期性的获取 CPU 和内存利用率、GPU/GPU 显存使用率、网络吞吐率等，并与目标值相比较后，用来调整 Replication Controller 或 Deployment 中的副本数量。

HPA 由一个控制循环实现，循环周期由 Controller Manager 中的--horizontal-pod-autoscaler-sync-period标志指定。

在每个周期内的流程如下：

• Controller Manager 会查询 HPA 中用户定义的资源 期望指标。
• 同时，Controller Manager 会基于 Resource Metric API（ Metrics Server 实现），获取每个 Pod 的资源 当前指标。
• HPA 根据 当前指标 和 期望指标 来计算扩缩比例。

  说明

  计算公式为：期望副本数 = ceil [ 当前副本数 × ( 当前指标 / 期望指标 ) ]。其中，ceil 表示向上取整。

  例如：
  • 如果 CPU 当前指标为200毫核，期望指标为100毫核，那么由于200.0/100.0 = 2.0， 副本数量将会翻倍。
  • 如果 CPU 当前指标为50毫核，期望指标为100毫核，那么由于50.0/100.0 = 0.5。副本数量将会减半。
  • 如果计算出的扩缩比例接近 1.0 ，根据 Kubernetes HPA 计算方法：|扩缩比例 - 1.0| <= 容忍值，将会放弃本次扩缩容。社区版本中默认的容忍值为 0.1（即--horizontal-pod-autoscaler-tolerance参数全局配置的容忍值）。

HPA 可以配置单个或多个期望指标，配置单个期望指标时，只需要对 Pod 当前指标求和，除以期望目标值，然后向上取整，就能得到期望的副本数。例如有一个 Deployment 控制有 3 个 Pod，每个 Pod 的 CPU 使用率是 70%、50%、90%，而 HPA 中配置的 CPU 期望使用率为 50%，计算期望副本数=（70 + 50 + 90）/50 = 4.2，向上取整得到 5，即期望副本数就是 5。

如果是配置多个期望指标，则会分别计算单个期望指标的期望副本数量，然后取其中最大值，就是最终的期望副本数量。

定时伸缩

CronHPA（Cron Horizontal Pod Autoscaler，定时弹性伸缩）是一种预设任务，可以在指定时间执行指定伸缩规则，实现自动扩容或者缩容计算资源，满足业务需求的同时又能控制成本。

定时弹性伸缩比较适合业务和时间有明确相关性的场景。例如，互联网电商的秒杀大促场景。由于互联网电商的秒杀大促的时间开始时间较为固定。此时，就可以使用定时弹性伸缩功能，在指定的时间段内对工作负载进行自动扩容，保证整个系统的工作正常。

HPA 和 CronHPA 兼容性说明

已知 CronHPA 的 YAML 定义如下：

apiVersion: vke.volcengine.com/v1alpha1
kind: CronHPA
metadata:
  name: nginx-cronhpa
  namespace: default
spec:
  crons:
  - schedule: CRON_TZ=Asia/Shanghai 1 1 * * *
    target: 1
  scaleTargetRef:
    kind: HorizontalPodAutoscaler
    name: nginx-hpa
  scaleWorkloadRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: nginx
status: {}

通过上述 CronHPA 的定义，可以发现：

• CronHPA 可以知晓 HPA 中的minReplicas、maxReplicas、desiredReplicas的数值。
• CronHPA 可以知晓 HPA 中scaleTargetRef所对应的当前Relicas值。
• CronHPA 会优先通过调整 HPA 的方式调整工作负载副本数。
• CronHPA 通过识别要达到的副本数与当前副本数两者间的较大值，判断是否需要扩缩容及修改 HPA 的上限
• CronHPA 通过识别 CronHPA 要达到的副本数与 HPA 的配置间的较小值，判断是否需要修改 HPA 的下限。

因此，CronHPA 兼容 HPA 的规则如下所示：