UCloud UK8S虚拟节点让用户不再担心集群没有资源

UCloud技术 2021-08-31

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随着云原生概念的深入人心，越来越多的企业开始着手基于容器相关技术来部署其应用，Serverless也开始在企业IT基础构建中发挥出越来越重要的作用。UCloud 先后推出了开箱即用的容器集群管理服务UK8S，和兼容K8S使用习惯，高效弹性的Serverless容器实例Cube，以满足用户在不同应用场景下的构建需求。

UCloud发现在实际应用中，用户往往既希望能够获得Kubernetes自身强大的自动部署、自动伸缩能力和丰富生态，又希望能拥有Serverless资源的高效弹性能力和强安全性、隔离性特点，因此Virtual Kubelet 插件应运而生。

Kubernetes 集群中的弹性伸缩

UCloud UK8S容器集群管理服务，为用户提供了容器和集群两个维度的弹性伸缩功能：

• HPA（Horizontal Pod AutoScaler），能够根据容器的CPU、内存或者QPS等指标自动扩缩，为应用提供容器维度的弹性伸缩；

• CronHPA 根据预先制定的计划任务扩缩Pod，支持与HPA兼容，协同工作；

• CA（Cluster AutoScaler）在集群有Pod因资源不足Pending时扩容节点，在Node资源申请率不足设定阈值时缩容节点。

通过现有的弹性伸缩插件，已经能够满足一部客户业务流量波动时的资源扩缩容需求，但仍然存在一些不可避免的问题：

• 资源扩容时间长。CA插件只有在集群因资源不足导致Pod无法被调度时才会触发添加Node节点的动作，具有一定的滞后性；Node节点启动的分钟级延时对于紧急核心业务而言延时仍过长，在业务流量激增的场景下无法平滑扩容。

• 节点资源预留导致的浪费。为避免资源扩容时间长给业务带来的不稳定性，多数用户还是会选择在可预知的高峰期前，提前创建Node节点，应对业务量的增长。用户实际为基础资源冗余，而非真正业务需求付费，确保了业务稳定，但也造成了一定的资源浪费。

• 运维过程繁琐。在容器应用之外，用户仍然需要关注基础资源层面的运维和扩缩容问题，应用管理和运维不够简单。

虚拟节点：快速扩容，按量付费

为了解决上述的问题，UK8S推出了虚拟节点功能，从集群控制面来看，虚拟节点与集群Node节点类似，可以被管理、调度，但没有实体虚拟机或物理机存在，只是作为一个插件，用户可通过虚拟节点创建Serverless容器实例Cube。虚拟节点实现了UK8S和Cube这两大UCloud容器产品的无缝对接，丰富了UK8S集群的弹性能力。

通过Virtual kubelet，可以用最小的运维成本（无需调整节点数量），来应对集群计算资源高峰压力。

目前用户在使用UK8S的过程中，通常都会由于在线业务流量高峰，或者突发离线计算任务，出现临时的资源需求。现有UK8S集群通过Cluster Autoscaler集群伸缩插件，在Pod因资源不足而无法调度时帮助集群添加Node节点，满足资源需求。但云主机的启动及环境安装通常需要一段时间，Pod往往需要等待若干分钟才能被调度运行。与现有的容器及集群扩缩容插件相比，通过虚拟节点创建Serverless容器实例Cube，能够实现秒级的Pod应用部署，具有简单、兼容、弹性、低价四点优势：

1. 简单

虚拟节点通过控制台UK8S集群管理页面直接添加，并进行相关配置，无需额外命令行操作。

2. 兼容

虚拟节点创建后，用户即可通过标准K8S接口，将Pod调度到Cube上运行，每个Cube容器组等价于K8S中的一个Pod。

通过虚拟节点生成的Cube实例，支持EmptyDir、UDisk PVC等类型Volume的挂载，可与UK8S集群中其他应用共享ConfigMap、Secret等对象，方便用户进行应用和配置的管理。

3. 弹性

通过虚拟节点创建Cube实例，免去了Node节点资源创建的延时，Cube Pod秒级的拉起速度对核心业务的相应更及时，让资源利用更加灵活、弹性。单个虚拟节点计算资源理论无上限，无需担心容量问题。

4. 低价

Cube实例以容器应用为中心，实例资源完全为应用服务，按需付费。应用快速拉起，用户无需预先进行资源预留，也进一步节省了成本。

典型应用场景

由于Cube具备免服务器运维、秒级启动、按需付费等优势，通过Virtual Kubelet虚拟节点组件，能够很好地作为UK8S集群的补充，尤其适用于应对突发性业务和弹性扩缩等场景。

1. 在线业务的弹性扩容。互联网企业用户，特别是电商、社交等行业，都会有明显峰谷期，用户可通过UK8S集群及普通UHost节点保障常态资源使用，在业务高峰期通过虚拟节点秒级拉起Cube实例，从容应对突发流量。

2. 离线计算任务。对于计算密集型的数据处理等场景，例如很多企业在凌晨或者周末、月末都需要进行的大批量数据计算业务，基于Cube快速启动、按秒计费的特性，用户方可在短时间内启动大量，满足业务对海量计算资源的即时需求，用完即删，无需提前囤积资源，在满足业务需求的同时，将成本优化做到最大化。

3. CI/CD任务。企业用户CI/CD 任务，通常集中在几个固定的时间段，短时间内大量任务的堆积，容易导致发版较慢等问题，严重时可能影响关键业务上线。通过虚拟节点及Cube，可以用最小的资源成本，来应对高峰期的任务压力，提升整体任务效率。

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