HPA 在kubernetes中被设计为一个 controller，可以简单的使用kubectl autoscale 命令来创建。HPA Controller 默认 30 秒轮询一次，查询指定的 resource 中（Deployment,RC）的资源使用率，并且与创建时设定的值和指标做对比，从而实现自动伸缩的功能。

• 当你创建了 HPA 后，HPA 会从 Heapster 或者用户自定义的 RESTClient 获取定义的资源中每一个 pod 利用率或原始值（取决于指定的目标类型）的平均值，然后和 HPA 中定义的指标进行对比，同时计算出需要伸缩的具体值并进行操作。

当 Pod 没有设置 request 时，HPA 不会工作。

• 目前，HPA 可以从两种取到获取数据:
• Heapster(稳定版本，仅支持 CPU 使用率，在使用腾讯云容器服务时，需要手动安装)。
• 自定义的监控(alpha 版本，不推荐用于生产环境) 。
• 当需要从自定义的监控中获取数据时，只能设置绝对值，无法设置使用率。
• 现在只支持 Replication Controller, Deployment or Replica Set 的扩缩容。

2. 自动伸缩算法

• HPA Controller 会通过调整副本数量使得 CPU 使用率尽量向期望值靠近，而且不是完全相等．另外，官方考虑到自动扩展的决策可能需要一段时间才会生效：例如当 pod 所需要的 CPU 负荷过大，从而在创建一个新 pod 的过程中，系统的 CPU 使用量可能会同样在有一个攀升的过程。所以，在每一次作出决策后的一段时间内，将不再进行扩展决策。对于扩容而言，这个时间段为 3 分钟，缩容为 5 分钟。
• HPA Controller 中有一个 tolerance（容忍力）的概念，它允许一定范围内的使用量的不稳定，现在默认为 0.1，这也是出于维护系统稳定性的考虑。例如，设定 HPA 调度策略为 cpu 使用率高于 50%触发扩容，那么只有当使用率大于 55%或者小于 45%才会触发伸缩活动，HPA 会尽力把Pod的使用率控制在这个范围之间。
• 具体的每次扩容或者缩容的多少Pod的算法为：

        Ceil(前采集到的使用率 / 用户自定义的使用率) * Pod数量)

• 每次最大扩容 pod 数量不会超过当前副本数量的 2 倍

3. HPA YAML 文件详解

下面是一个标准的基于 heapster 的 HPA YAML 文件，同时也补充了关键字段的含义

apiVersion: autoscaling/v1
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  creationTimestamp: 2017-06-29T08:04:08Z
  name: nginxtest
  namespace: default
  resourceVersion: "951016361"
  selfLink: /apis/autoscaling/v1/namespaces/default/horizontalpodautoscalers/nginxtest
  uid: 86febb63-5ca1-11e7-aaef-5254004e79a3
spec:
  maxReplicas: 5 //资源最大副本数
  minReplicas: 1 //资源最小副本数
  scaleTargetRef:
    apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Deployment //需要伸缩的资源类型
    name: nginxtest  //需要伸缩的资源名称
  targetCPUUtilizationPercentage: 50 //触发伸缩的 cpu 使用率
status:
  currentCPUUtilizationPercentage: 48 //当前资源下 pod 的 cpu 使用率
  currentReplicas: 1 //当前的副本数
  desiredReplicas: 2 //期望的副本数
  lastScaleTime: 2017-07-03T06:32:19Z

4. 如何使用

• 在上文的介绍中我们知道，HPA Controller 有两种途径获取监控数据：Heapster 和自定义监控，由于自定义监控一直处于 alpha 阶段，所以本文这次主要介绍在腾讯云容器服务中使用基于 Heapster 的 HPA 方法。
• 腾讯云容器服务没有默认安装 Heapster，所以如果需要使用 HPA 需要手动安装。
• 此方法中需要使用 kubectl 命令操作集群，集群 apiservice 地址，账号和证书相关信息暂时可以提工单申请，相关功能的产品化方案已经在设计中。

4.1 创建 Heapster

创建 Heapster ServiceAccount

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: heapster
  namespace: kube-system
  labels:
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile

创建 Heapster deployment

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: heapster-v1.4.0-beta.0
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: heapster
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
    version: v1.4.0-beta.0
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: heapster
      version: v1.4.0-beta.0
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: heapster
        version: v1.4.0-beta.0
      annotations:
        scheduler.alpha.kubernetes.io/critical-pod: ''
    spec:
      containers:
        - image: ccr.ccs.tencentyun.com/library/heapster-amd64:v1.4.0-beta.0
          name: heapster
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /healthz
              port: 8082
              scheme: HTTP
            initialDelaySeconds: 180
            timeoutSeconds: 5
          command:
            - /heapster
            - --source=kubernetes.summary_api:''
        - image: ccr.ccs.tencentyun.com/library/addon-resizer:1.7
          name: heapster-nanny
          resources:
            limits:
              cpu: 50m
              memory: 90Mi
            requests:
              cpu: 50m
              memory: 90Mi
          command:
            - /pod_nanny
            - --cpu=80m
            - --extra-cpu=0.5m
            - --memory=140Mi
            - --extra-memory=4Mi
            - --threshold=5
            - --deployment=heapster-v1.4.0-beta.0
            - --container=heapster
            - --poll-period=300000
            - --estimator=exponential
      serviceAccountName: heapster

创建 Heapster Service

kind: Service
apiVersion: v1
metadata: 
  name: heapster
  namespace: kube-system
  labels: 
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
    kubernetes.io/name: "Heapster"
spec: 
  ports: 
    - port: 80
      targetPort: 8082
  selector: 
    k8s-app: heapster

保存上述的文件，并使用 kubectl create -f FileName.yaml 创建，当创建完成后，可以使用 kubectl get 查看

$ kubectl get deployment heapster-v1.4.0-beta.0 -n=kube-system
NAME                     DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
heapster-v1.4.0-beta.0   1         1         1            1           1m

$ kubectl get svc heapster -n=kube-system
NAME       CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
heapster   172.16.255.119   <none>        80/TCP    4d

4.2 创建服务

$ kubectl autoscale deployment nginxtest --cpu-percent=10 --min=1 --max=10
deployment "nginxtest" autoscaled

$ kubectl get hpa                                                         
NAME        REFERENCE              TARGET    CURRENT   MINPODS   MAXPODS   AGE
nginxtest   Deployment/nginxtest   10%       0%        1         10        13s

$ kubectl run -i --tty load-generator --image=busybox /bin/sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # while true; do wget -q -O- http://172.16.255.60:4000; done

$ kubectl get hpa
NAME        REFERENCE              TARGET    CURRENT   MINPODS   MAXPODS   AGE
nginxtest   Deployment/nginxtest   10%       29%        1         10        27m

$ kubectl get deployment nginxtest
NAME        DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginxtest   3         3         3            3           4d

$ kubectl get hpa
NAME        REFERENCE              TARGET    CURRENT   MINPODS   MAXPODS   AGE
nginxtest   Deployment/nginxtest   10%       9%        1         10        35m

$ kubectl get hpa     
NAME        REFERENCE              TARGET    CURRENT   MINPODS   MAXPODS   AGE
nginxtest   Deployment/nginxtest   10%       0%        1         10        48m

$ kubectl get deployment nginxtest
NAME        DESIRED   CURRENT   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginxtest   1         1         1            1           4d