Kubernetes 拓扑感知提示

2022-05-06 14:35 更新

拓扑感知提示

FEATURE STATE: Kubernetes v1.23 [beta]

拓扑感知提示 包含客户怎么使用服务端点的建议,从而实现了拓扑感知的路由功能。 这种方法添加了元数据,以启用 EndpointSlice 和/或 Endpoints 对象的调用者, 这样,访问这些网络端点的请求流量就可以在它的发起点附近就近路由。

例如,你可以在一个地域内路由流量,以降低通信成本,或提高网络性能。

“拓扑感知提示”特性处于 Beta 阶段,并且默认情况下未启用。 要试用此特性,你必须启用 ​TopologyAwareHints ​特性门控。

动机

Kubernetes 集群越来越多的部署到多区域环境中。 拓扑感知提示 提供了一种把流量限制在它的发起区域之内的机制。 这个概念一般被称之为 “拓扑感知路由”。 在计算 服务(Service) 的端点时, EndpointSlice 控制器会评估每一个端点的拓扑(地域和区域),填充提示字段,并将其分配到某个区域。 集群组件,例如kube-proxy 就可以使用这些提示信息,并用他们来影响流量的路由(倾向于拓扑上相邻的端点)。

使用拓扑感知提示

你可以通过把注解 ​service.kubernetes.io/topology-aware-hints​ 的值设置为 ​auto​, 来激活服务的拓扑感知提示功能。 这告诉 EndpointSlice 控制器在它认为安全的时候来设置拓扑提示。 重要的是,这并不能保证总会设置提示(hints)。

工作原理 

此特性启用的功能分为两个组件:EndpointSlice 控制器和 kube-proxy。 本节概述每个组件如何实现此特性。

EndpointSlice 控制器

此特性开启后,EndpointSlice 控制器负责在 EndpointSlice 上设置提示信息。 控制器按比例给每个区域分配一定比例数量的端点。 这个比例来源于此区域中运行节点的 可分配 CPU 核心数。 例如,如果一个区域拥有 2 CPU 核心,而另一个区域只有 1 CPU 核心, 那控制器将给那个有 2 CPU 的区域分配两倍数量的端点。

以下示例展示了提供提示信息后 EndpointSlice 的样子:

apiVersion: discovery.k8s.io/v1
kind: EndpointSlice
metadata:
  name: example-hints
  labels:
    kubernetes.io/service-name: example-svc
addressType: IPv4
ports:
  - name: http
    protocol: TCP
    port: 80
endpoints:
  - addresses:
      - "10.1.2.3"
    conditions:
      ready: true
    hostname: pod-1
    zone: zone-a
    hints:
      forZones:
        - name: "zone-a"

kube-proxy

kube-proxy 组件依据 EndpointSlice 控制器设置的提示,过滤由它负责路由的端点。 在大多数场合,这意味着 kube-proxy 可以把流量路由到同一个区域的端点。 有时,控制器从某个不同的区域分配端点,以确保在多个区域之间更平均的分配端点。 这会导致部分流量被路由到其他区域。

保护措施

Kubernetes 控制平面和每个节点上的 kube-proxy,在使用拓扑感知提示功能前,会应用一些保护措施规则。 如果没有检出,kube-proxy 将无视区域限制,从集群中的任意节点上选择端点。

  1. 端点数量不足: 如果一个集群中,端点数量少于区域数量,控制器不创建任何提示。
  2. 不可能实现均衡分配: 在一些场合中,不可能实现端点在区域中的平衡分配。 例如,假设 zone-a 比 zone-b 大两倍,但只有 2 个端点, 那分配到 zone-a 的端点可能收到比 zone-b多两倍的流量。 如果控制器不能确定此“期望的过载”值低于每一个区域可接受的阈值,控制器将不指派提示信息。 重要的是,这不是基于实时反馈。所以对于单独的端点仍有可能超载。
  3. 一个或多个节点信息不足: 如果任一节点没有设置标签 ​topology.kubernetes.io/zone​, 或没有上报可分配的 CPU 数据,控制平面将不会设置任何拓扑感知提示, 继而 kube-proxy 也就不能通过区域过滤端点。
  4. 一个或多个端点没有设置区域提示: 当这类事情发生时, kube-proxy 会假设这是正在执行一个从/到拓扑感知提示的转移。 在这种场合下过滤Service 的端点是有风险的,所以 kube-proxy 回撤为使用所有的端点。
  5. 不在提示中的区域: 如果 kube-proxy 不能根据一个指示在它所在的区域中发现一个端点, 它回撤为使用所有节点的端点。当你的集群新增一个新的区域时,这种情况发生概率很高。

限制

  • 当 Service 的 ​externalTrafficPolicy ​或 ​internalTrafficPolicy ​设置值为 ​Local ​时, 拓扑感知提示功能不可用。 你可以在一个集群的不同服务中使用这两个特性,但不能在同一个服务中这么做。
  • 这种方法不适用于大部分流量来自于一部分区域的服务。 相反的,这里假设入站流量将根据每个区域中节点的服务能力按比例的分配。
  • EndpointSlice 控制器在计算每一个区域的容量比例时,会忽略未就绪的节点。 在大量节点未就绪的场景下,这样做会带来非预期的结果。
  • EndpointSlice 控制器在计算每一个区域的部署比例时,并不会考虑 容忍度。 如果服务后台的 Pod 被限制只能运行在集群节点的一个子集上,这些信息并不会被使用。
  • 这种方法和自动扩展机制之间不能很好的协同工作。例如,如果大量流量来源于一个区域, 那只有分配到该区域的端点才可用来处理流量。这会导致 Pod 自动水平扩展 要么不能拾取此事件,要么新增 Pod 被启动到其他区域。


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