Scale Deployment là gì? Cách tăng giảm Pod trong Kubernetes

Khi lưu lượng thay đổi, số lượng Pod cũng cần được điều chỉnh để ứng dụng không rơi vào tình trạng quá tải hoặc lãng phí tài nguyên. Cùng Viettel IDC tìm hiểu Scale Deployment là gì và Kubernetes thực hiện quá trình mở rộng, thu hẹp Deployment như thế nào?

Scale Deployment là gì?

Scale Deployment là quá trình tăng hoặc giảm số lượng replica của một Deployment trong Kubernetes để phù hợp với nhu cầu xử lý thực tế. Khi lưu lượng tăng, hệ thống có thể bổ sung thêm Pod để nâng cao khả năng đáp ứng và duy trì tính sẵn sàng; ngược lại, khi nhu cầu giảm, số lượng Pod có thể được thu hẹp nhằm tiết kiệm tài nguyên.

Cơ chế hoạt động của Scale Deployment là gì?

Khi số lượng replica của Deployment thay đổi, Kubernetes sẽ so sánh trạng thái thực tế với trạng thái mong muốn đã được cấu hình. Deployment Controller sau đó cập nhật ReplicaSet tương ứng để tạo thêm Pod khi scale up hoặc loại bỏ bớt Pod khi scale down.

Với trường hợp scale up, các Pod mới sẽ được Scheduler phân bổ lên những node còn đủ CPU, RAM và đáp ứng điều kiện triển khai. Sau khi Pod khởi động thành công và vượt qua readiness probe, Service mới đưa chúng vào danh sách endpoint để tiếp nhận lưu lượng. 

Ngược lại, khi scale down, Kubernetes sẽ giảm số Pod dư thừa nhưng vẫn duy trì số lượng replica đúng theo cấu hình. Quá trình này được theo dõi liên tục nhằm bảo đảm trạng thái thực tế của hệ thống luôn khớp với trạng thái mong muốn.

Khi nào nên Scale Deployment?

Scale Deployment phù hợp khi số lượng Pod hiện tại không còn đáp ứng đúng nhu cầu vận hành của ứng dụng. Tùy vào lưu lượng, mức sử dụng tài nguyên và mục tiêu kiểm thử, bạn có thể tăng hoặc giảm replica trong các trường hợp sau:

- Lưu lượng truy cập tăng cao: Bổ sung Pod để phân tán yêu cầu, hạn chế quá tải và duy trì tốc độ phản hồi.

- Cần cải thiện tính sẵn sàng: Tăng số replica giúp ứng dụng vẫn hoạt động nếu một Pod hoặc node gặp sự cố.

- Nhu cầu sử dụng giảm: Thu hẹp số lượng Pod để tránh lãng phí CPU, RAM và chi phí hạ tầng.

- Thực hiện kiểm thử tải: Điều chỉnh replica để đánh giá khả năng chịu tải và phát hiện điểm nghẽn của hệ thống.

- Chuẩn bị bảo trì hoặc sự kiện lớn: Chủ động scale trước khi nâng cấp, chạy chiến dịch hoặc bước vào giai đoạn có lượng truy cập dự kiến tăng.

- Workload thay đổi liên tục: Áp dụng HPA, KEDA hoặc cơ chế autoscaling phù hợp để hệ thống tự điều chỉnh theo metric hay sự kiện.

Các hình thức Scale Deployment trong Kubernetes

Scale Deployment trong Kubernetes được chia thành hai nhóm chính là scale thủ công và tự động mở rộng. Scale thủ công phù hợp với nhu cầu điều chỉnh đã được dự báo trước, trong khi autoscaling giúp hệ thống phản ứng linh hoạt theo tải, tài nguyên hoặc sự kiện phát sinh.

Scale Thủ công (Manual Scaling)

Scale thủ công cho phép người quản trị chủ động tăng hoặc giảm số lượng Pod theo nhu cầu vận hành tại từng thời điểm. Có hai cách thực hiện phổ biến:

- Sử dụng lệnh kubectl scale: Chạy lệnh kubectl scale deployment <name> --replicas=<number> để thay đổi trực tiếp số lượng replica của Deployment.

- Cập nhật file YAML: Chỉnh giá trị spec.replicas trong file cấu hình rồi áp dụng lại bằng lệnh kubectl apply.

Đây là hình thức Scale Deployment dễ triển khai, phù hợp khi bảo trì hệ thống hoặc đã dự báo được lưu lượng truy cập. Tuy nhiên, người quản trị phải theo dõi và thao tác thủ công nên hệ thống có thể phản ứng chậm nếu tải tăng đột ngột.

Tự động mở rộng (Autoscaling)

Autoscaling tự động điều chỉnh tài nguyên theo trạng thái thực tế của ứng dụng và cluster. Tùy vào đối tượng cần mở rộng, Kubernetes có thể áp dụng các cơ chế sau:

- Horizontal Pod Autoscaler: Tự động tăng hoặc giảm số lượng Pod dựa trên CPU, bộ nhớ hoặc custom metrics. HPA thường phù hợp với web server, API và các ứng dụng stateless có lưu lượng biến động liên tục.

- Vertical Pod Autoscaler: Điều chỉnh lượng CPU và RAM cấp cho từng Pod thay vì tạo thêm replica. VPA phù hợp với workload cần nhiều tài nguyên trên từng tiến trình hoặc khó mở rộng theo chiều ngang.

- Cluster Autoscaler: Tăng hoặc giảm số lượng node trong cluster khi Pod thiếu tài nguyên để được lập lịch hoặc khi node không còn được sử dụng hiệu quả.

- KEDA: Mở rộng Deployment dựa trên các sự kiện từ Kafka, RabbitMQ, Redis, Cron hoặc nguồn dữ liệu bên ngoài. KEDA có thể đưa số replica từ 0 lên khi xuất hiện sự kiện cần xử lý.

Cách Scale Deployment an toàn và hiệu quả

Để Scale Deployment hiệu quả, người quản trị cần cân đối giữa nhu cầu xử lý, tài nguyên sẵn có và khả năng mở rộng của toàn bộ cluster. Những lưu ý sau giúp hạn chế tình trạng scale quá mức, thiếu tài nguyên hoặc chỉ xử lý tạm thời các vấn đề hiệu suất.

Hướng dẫn Scale Deployment trong Kubernetes bằng lệnh kubectl

Bạn có thể điều chỉnh số lượng Pod trong Deployment chỉ với một vài câu lệnh kubectl cơ bản. Dưới đây là hướng dẫn từng bước để điều chỉnh số lượng Pod trong một Deployment.

Bước 1: Tạo file YAML cho Deployment

Đầu tiên, bạn cần tạo một Kubernetes Deployment. Cấu hình Deployment thường được khai báo trong file YAML như sau:

Trong file YAML này, một Deployment có tên my-deployment được tạo để chạy image Docker nginx:latest. Giá trị replicas: 1 cho biết Deployment ban đầu chỉ duy trì một Pod và Pod đó chạy một container sử dụng cùng image Docker.

Bước 2: Triển khai Deployment

Để áp dụng cấu hình Deployment, bạn sử dụng lệnh kubectl apply tạo Deployment dựa trên nội dung đã khai báo trong file YAML. Tham số -f được dùng để chỉ định file chứa cấu hình Deployment.

Bước 3: Kiểm tra Deployment

Bạn có thể sử dụng lệnh kubectl get pods để kiểm tra trạng thái của các Pod và xác nhận Deployment đã được tạo thành công hay chưa.

Bước 4: Tăng số lượng replica của Deployment

Để tăng số lượng Pod trong Deployment, sử dụng lệnh kubectl scale kết hợp với tham số --replicas, sau đó nhập số lượng replica mong muốn.

Phần deployment.apps/my-deployment ở cuối câu lệnh dùng để xác định Deployment cần mở rộng.

Sau khi chạy lệnh, Kubernetes sẽ điều chỉnh Deployment để duy trì sáu replica.

Bước 5: Kiểm tra lại Deployment

Tiếp tục kiểm tra trạng thái của các Pod để xác nhận Deployment đã được mở rộng thành công.

Sau khi quá trình mở rộng hoàn tất, danh sách kết quả sẽ hiển thị sáu Pod đang được Deployment quản lý.

Bước 6: Giảm số lượng replica của Deployment

Cách giảm số lượng replica tương tự như khi tăng. Bạn vẫn sử dụng lệnh kubectl scale cùng tham số --replicas, nhưng nhập số lượng replica mới thấp hơn.

Sau khi câu lệnh được thực thi, Kubernetes sẽ điều chỉnh Deployment để chỉ còn bốn replica. Như vậy, bạn có thể sử dụng lệnh kubectl scale deployment để chủ động tăng hoặc giảm số lượng Pod trong Deployment tùy theo nhu cầu xử lý lưu lượng và mức tài nguyên của hệ thống.

Kết luận

Qua nội dung trên, bạn đã có thể hiểu rõ Scale Deployment là gì, cách cơ chế này điều chỉnh số lượng Pod và những trường hợp nên áp dụng trong Kubernetes. Khi được sử dụng đúng cách, Scale Deployment không chỉ giúp ứng dụng đáp ứng tốt hơn trước biến động lưu lượng mà còn góp phần duy trì tính sẵn sàng và kiểm soát tài nguyên hiệu quả.

Với doanh nghiệp muốn vận hành Kubernetes mà không phải dành quá nhiều thời gian cho khâu khởi tạo và quản trị hạ tầng, Viettel Dedicated Kubernetes Service (vDKS) là lựa chọn đáng cân nhắc. Dịch vụ được triển khai trên nền tảng Public Cloud của Viettel IDC, hỗ trợ khởi tạo cụm tự động, quản lý tập trung và mở rộng tài nguyên linh hoạt, giúp đội ngũ kỹ thuật tập trung hơn vào phát triển và tối ưu ứng dụng.

Tìm hiểu chi tiết tại: https://viettelidc.com.vn/viettel-kubernetes-service