使用虚拟节点提升k8s集群容量和弹性
在kubernetes集群中添加虚拟节点的方式已被非常多的客户普遍使用，基于虚拟节点可以极大提升集群的Pod容量和弹性，灵活动态的按需创建ECI Pod，免去集群容量规划的麻烦。目前虚拟节点已广泛应用在如下场景。
- 在线业务的波峰波谷弹性需求：如在线教育、电商等行业有着明显的波峰波谷计算特征，使用虚拟节点可以显著减少固定资源池的维护，降低计算成本。
- 提升集群Pod容量：当传统的flannel网络模式集群因vpc路由表条目或者vswitch网络规划限制导致集群无法添加更多节点时，使用虚拟节点可以规避上述问题，简单而快速的提升集群Pod容量。
- 数据计算：使用虚拟节点承载Spark、Presto等计算场景，有效降低计算成本。
- CI/CD和其他Job类型任务
下面我们介绍如何使用虚拟节点快速创建1万个pod，这些eci pod按需计费，不会占用固定节点资源池的容量。
相比较而言，AWS EKS在一个集群中最多只能创建1000个 Fargate Pod。基于虚拟节点的方式可以轻松创建过万个ECI Pod。
创建多个虚拟节点
请先参考ACK产品文档部署虚拟节点：https://help.aliyun.com/document_detail/118970.html
因为使用多个虚拟虚拟节点往往用于部署大量ECI Pod，我们建议谨慎确认vpc/vswitch/安全组的配置，确保有足够的vswitch ip资源（虚拟节点支持配置多个vswitch解决ip容量问题），使用企业级安全组可以突破普通安全组的2000个实例限制。
通常而言，如果单个k8s集群内eci pod数量小于3000，我们推荐部署单个虚拟节点。如果希望在虚拟节点上部署更多的pod，我们建议在k8s集群中部署多个虚拟节点来对其进行水平扩展，多个虚拟节点的部署形态可以缓解单个虚拟节点的压力，支撑更大的eci pod容量。这样3个虚拟节点可以支撑9000个eci pod，10个虚拟节点可以支撑到30000个eci pod。
为了更简单的进行虚拟节点水平扩展，我们使用statefulset的方式部署vk controller，每个vk controller管理一个vk节点,statefulset的默认Pod副本数量是1。当需要更多的虚拟节点时，只需要修改statefulset的replicas即可。
# kubectl -n kube-system scale statefulset virtual-node-eci --replicas=4
statefulset.apps/virtual-node-eci scaled
# kubectl get no
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
cn-hangzhou.192.168.1.1 Ready <none> 63d v1.12.6-aliyun.1
cn-hangzhou.192.168.1.2 Ready <none> 63d v1.12.6-aliyun.1
virtual-node-eci-0 Ready agent 1m v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-1 Ready agent 1m v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-2 Ready agent 1m v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-3 Ready agent 1m v1.11.2-aliyun-1.0.207
# kubectl -n kube-system get statefulset virtual-node-eci
NAME READY AGE
virtual-node-eci 4/4 1m
# kubectl -n kube-system get pod|grep virtual-node-eci
virtual-node-eci-0 1/1 Running 0 1m
virtual-node-eci-1 1/1 Running 0 1m
virtual-node-eci-2 1/1 Running 0 1m
virtual-node-eci-3 1/1 Running 0 1m
AI 代码解读
当我们在vk namespace中创建多个nginx pod时（将vk ns加上指定label，强制让ns中的pod调度到虚拟节点上），可以发现pod被调度到了多个vk节点上。
# kubectl create ns vk
# kubectl label namespace vk virtual-node-affinity-injection=enabled
# kubectl -n vk run nginx --image nginx:alpine --replicas=10
deployment.extensions/nginx scaled
# kubectl -n vk get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
nginx-546c47b569-blp88 1/1 Running 0 69s 192.168.1.26 virtual-node-eci-1 <none> <none>
nginx-546c47b569-c4qbw 1/1 Running 0 69s 192.168.1.76 virtual-node-eci-0 <none> <none>
nginx-546c47b569-dfr2v 1/1 Running 0 69s 192.168.1.27 virtual-node-eci-2 <none> <none>
nginx-546c47b569-jfzxl 1/1 Running 0 69s 192.168.1.68 virtual-node-eci-1 <none> <none>
nginx-546c47b569-mpmsv 1/1 Running 0 69s 192.168.1.66 virtual-node-eci-1 <none> <none>
nginx-546c47b569-p4qlz 1/1 Running 0 69s 192.168.1.67 virtual-node-eci-3 <none> <none>
nginx-546c47b569-x4vrn 1/1 Running 0 69s 192.168.1.65 virtual-node-eci-2 <none> <none>
nginx-546c47b569-xmxx9 1/1 Running 0 69s 192.168.1.30 virtual-node-eci-0 <none> <none>
nginx-546c47b569-xznd8 1/1 Running 0 69s 192.168.1.77 virtual-node-eci-3 <none> <none>
nginx-546c47b569-zk9zc 1/1 Running 0 69s 192.168.1.75 virtual-node-eci-2 <none> <none>
AI 代码解读
运行1万个ECI Pod
在上述步骤中我们已经创建了4个虚拟节点，能够支撑12000个ECI Pod，我们只需要将workload指定调度到虚拟节点即可。这里我们需要关注kube-proxy的可扩展性。
- 虚拟节点创建的ECI Pod默认支持访问集群中的ClusterIP Service，这样每个ECI Pod都需要watch apiserver保持一个连接以监听svc/endpoints变化。当大量pod同时Running时，apiserver和slb将维持Pod数量的并发连接，所以需要确保slb规格能否支撑期望的并发连接数。
- 如果ECI Pod无需访问ClusterIP Service，则可以将virtual-node-eci statefulset的ECI_KUBE_PROXY环境变量值设置为"false"，这样就不会有大量slb并发连接的存在，也会减少apiserver的压力。
- 我么也可以选择将ECI Pod访问的ClusterIP Service暴露成内网slb类型，然后通过privatezone的方式让ECI Pod不必基于kube-proxy也能否访问到集群中的Service服务。
缩减vk虚拟节点数量
因为vk上的eci pod是按需创建，当没有eci pod时vk虚拟节点不会占用实际的资源，所以一般情况下我们不需要减少vk节点数。但用户如果确实希望减少vk节点数时，我们建议按照如下步骤操作。
假设当前集群中有4个虚拟节点，分别为virtual-node-eci-0/.../virtual-node-eci-3。我们希望缩减到1个虚拟节点，那么我们需要删除virtual-node-eci-1/../virtual-node-eci-3这3个节点。
- 先优雅下线vk节点，驱逐上面的pod到其他节点上，同时也禁止更多pod调度到待删除的vk节点上。
# kubectl drain virtual-node-eci-1 virtual-node-eci-2 virtual-node-eci-3
# kubectl get no
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
cn-hangzhou.192.168.1.1 Ready <none> 66d v1.12.6-aliyun.1
cn-hangzhou.192.168.1.2 Ready <none> 66d v1.12.6-aliyun.1
virtual-node-eci-0 Ready agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-1 Ready,SchedulingDisabled agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-2 Ready,SchedulingDisabled agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-3 Ready,SchedulingDisabled agent 66m v1.11.2-aliyun-1.0.207
AI 代码解读
之所以需要先优雅下线vk节点的原因是vk节点上的eci pod是被vk controller管理，如果vk节点上还存在eci pod时删除vk controller，那样将导致eci pod被残留，vk controller也无法继续管理那些pod。
- 待vk节点下线后，修改virtual-node-eci statefulset的副本数量，使其缩减到我们期望的vk节点数量。
# kubectl -n kube-system scale statefulset virtual-node-eci --replicas=1
statefulset.apps/virtual-node-eci scaled
# kubectl -n kube-system get pod|grep virtual-node-eci
virtual-node-eci-0 1/1 Running 0 3d6h
AI 代码解读
等待一段时间，我们会发现那些vk节点变成NotReady状态。
# kubectl get no
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
cn-hangzhou.192.168.1.1 Ready <none> 66d v1.12.6-aliyun.1
cn-hangzhou.192.168.1.2 Ready <none> 66d v1.12.6-aliyun.1
virtual-node-eci-0 Ready agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-1 NotReady,SchedulingDisabled agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-2 NotReady,SchedulingDisabled agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
virtual-node-eci-3 NotReady,SchedulingDisabled agent 70m v1.11.2-aliyun-1.0.207
AI 代码解读
- 手动删除NotReady状态的虚拟节点
# kubelet delete no virtual-node-eci-1 virtual-node-eci-2 virtual-node-eci-3
node "virtual-node-eci-1" deleted
node "virtual-node-eci-2" deleted
node "virtual-node-eci-3" deleted
# kubectl get no
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
cn-hangzhou.192.168.1.1 Ready <none> 66d v1.12.6-aliyun.1
cn-hangzhou.192.168.1.2 Ready <none> 66d v1.12.6-aliyun.1
virtual-node-eci-0 Ready agent 3d6h v1.11.2-aliyun-1.0.207
AI 代码解读
