哈啰云原生架构落地实践

一、弹性伸缩技术实践

1.全网容器化后一线研发的使用问题

全网容器化后一线研发会面临一系列使用问题，包括时机、容量、效率和成本问题，弹性伸缩是云原生容器化后的必然技术选择。

2.使用原生弹性HPA遇到的问题

当时第一时间考虑用原生HPA组件，但在实际调研和小规模使用的时候发现了很多问题。一方面是内置的问题，如原生不支持自定义指标和定时扩缩容，使用率计算基于resources.requests，使用单个Goroutine执行。更大的痛点在业务场景上，微服务在线实例拉出状态，特殊业务Job任务实例不能中断，要考虑下游DB层可用性。

3.基于业务实例实际水位、有效负载的弹性能力

我们基于业务实例实际水位、有效负载构建弹性能力。

• 高低双阈值控制，像一些有浮动的业务，可以尽量把底层的稳定性去做有效的约束；
• 最大可用原则，扩容用Ceil向上取整，缩容使用Floor向下取整；
• 数据降噪，去除实例状态不ready的，去除强业务关系的实例计算，应用启动毛刺问题缓解，metrics空值、获取不到值；
• 性能增强，按业务namespace监听，实现并发度控制。

4.水位阈值弹性和定时弹性的融合实现

这里同时做了水位阈值弹性和定时弹性的融合，保证单个的应用能够同时使用阈值和定时弹性。基本原则是扩容时大者取大，缩容时不能低于定时副本数。

5.业务使用弹性后的生产效果

业务使用弹性后产生了一定的效果，如图是高低阈值和定时的区间。这里解决了一些问题：

• 代码预热，在高峰前准备就绪；
• 周期性波动型应用变更明显减少；
• 应用冗余减少，业务“初见原型”；
• 突发流量应对，稳定性提升；
• 告警、应用状态可控性。

最终弹性接入90%以上，扩缩容消息触达率100%，业务可用算力增加了 30%以上。

6.混合云模式下的 ClusterAutoScale

集群可用资源变多，不等于整体开支降低，因此我们考虑去做混合云模式下的ClusterAutoScale。这里有一些关注点，包括镜像即服务、CloudProvider 适配、节点初始化和节点回收。

右图是基本流程，有两个触发策略，一是基于不可调度事件，二是基于资源池水位阈值。这里我们也解决了一些问题，包括 CloudProvider 对接私有云资源API，Pod网段分配域路由宣告，私有云可用容量评估及资源打散，以及资源灰度回收逻辑。

7.注意事项

在实际业务时生产使用的时候，有很多关注点，包括业务池的容量、应用维度的实例波动率标准、存活探测和就绪探测的接口区别、指标阈值和弹性规则的合理性巡检、不做过多filter、不强依赖其他系统平台。

二、中间件容器化及混部填谷

1.业务独立池水位与混部预期

针对业务特性，将redis和flink资源池进行融合，达到分时复用的效果。之前的形态会带来很多问题：

• 每种业务独占一个资源池或集群，产生大量资源碎片，造成成本浪费；
• 多个集群多个对外API，数据需要多次聚合计算；
• 各业务池服务器规格不一致，运维管理复杂。

2.混部的总体思路

混部里面这里做了一些思考，考虑了应用分级、资源需求、潮汐分布等等。将这些因子抽象归纳，分为应用分级、混部调度、资源QOS三层。我们也确定了几个总体方向，包括服务资源保障的策略实现和资源分配决策的算法实现。

在服务资源保障上，主要是对应用分级打标。我们把所有的业务做了S1-S4的分级，并落到了CMDB里，最终落到K8S的优先级标签里面。第二部分是资源池化，优先去考虑以底层的业务为重保，把一些优先级较低的应用分别打散到各个资源池。

在资源分配决策上， 第一部分是Request推荐。主要基于VPA Histogram计算百分位算法，通过获取7x24小时周期的应用资源量，根据P95百分位数据，再乘以水位系数放大后得到最终推荐值，并结合弹性、coolhealth状态机优化毛刺问题。

第二部分是实际负载调度，主要基于集群理想值权重算法和BinPacking装箱打分算法。过滤掉高水位节点，避免单node资源打爆；水位偏离度缩小，pod调度尽可能靠近理想水位；历史阈值计算应用负载，对节点未来水位预测；兼顾单node最大pod数限制。

第三部分是资源打散，通过问题推导，完全打散是不可能的，我们希望尽可能打散，在私有云IDC加入MDU策略。常用的策略有宿主机打散、可用区打散和MDU打散。

3.成效和问题

最终资源使用率有明显提高，成本账单同比持续降低。这里也带来了一个无法回避的问题：物理机宕机。爆炸半径增大，稳定性怎么保障，是我们基础设施的同学都需要去思考的问题。二是对根因下钻和故障定位带来挑战，如何观测和评估影响。

三、K8S观测与稳定性

1.基于Prometheus的容器监控平台

基于Prometheus构建了监控体系，核心组件包括Thanos + Prometheus 持久化存储、Vertex Exporter 指标采集数据源、SentryD 配置管理、CheckD 告警检测和Alerts 告警系统。

2.监控高级模式

我们自研了vertex采集工具，实现了快速生成metrics指标的能力，支持用户自定义指标名称，方便按业务、按分组区分。和exporter算力共享，每个实例 limit 2C/4G就可满足一个物理机的采集任务。

3.event 事件流持久化

实现了事件收集器，K8S全资源类型listwatch收集，同时把所有的event全量打印，针对特别的一些探针做了Response信息返回的打印。

4.logs 日志平台

把系统日志和业务日志等通过一些消费和采集的收集器，推送到kafka，最终聚合成一个平台。

5.trace链路

我们通过traceid查询，tags过滤进行数据检索分析；链路拓扑过滤，只看有错误的链路；采样链路搜索，链路分析。

6.K8S稳定性关注的指标

这里把K8S稳定性关注的指标分为五类，原生组件可用性、集群容量水位、集群资源负载、业务异常实例和云平台可用性。

7.稳定性大盘

云原生系统内维护的组件系统较多，一个原子管理单元发生问题后可能会影响多个上游链路系统。快速论证回答组件域当前是否正常，对于故障分析、问题定位有重要意义。

四、未来的展望规划

未来规划主要分为四部分，一是在离线的深度混部与调优，下一阶段还要持续推进哈啰内部云化中间件的混部进程，聚焦大算力应用的资源编排和成本优化。

二是数据存储容器化，数据库、NoSQL的容器化工作，基于容器Cgroup隔离、以及类K8S资源编排模型的落地。目前哈啰内部已有部分业务开始生产化，还在持续建设中。

三是Serverless业务场景模式探索，中后台的算法模型、数据任务job场景有一定的实践，业务大前端BFF层、无代码工程建设上在持续探索。

四是基于AIOPS&可观测性的智能故障预测，基于时序预测模型能力，探索metrics异常指标提前发现，收敛告警系统误报、漏报问题，提升故障发现、故障定位能力。

作者丨罗涛

来源丨公众号：哈啰技术（ID：gh_426073316492）