Heat中的AutoScaling(1)

本文主要讲AutoScaling，关于CloudFormation和Heat，之前的博客已经有讲过，本文不做赘述。

AutoScaling in AWS

AutoScaling的概念最早出现在AWS，Auto Scaling 是一项 Web 服务，旨在根据用户定义的策略、时间表和运行状况检查启动或终止 EC2 实例。在典型的商业场景中，在 Web 应用程序开始获得更多流量时，您将添加更多的服务器或增加现有服务器的大小来应对额外负载。同样，当 Web 应用程序的流量开始减少时，您将终止未充分利用的服务器，或者减少现有服务器的大小。根据您的基础设施，每次进行垂直扩展时可能都会涉及更改服务器配置。如果使用水平扩展，您仅需根据应用程序的需求增加或减少服务器数量。将根据一些因素来决定进行垂直扩展还是水平扩展，如使用案例、成本、性能和基础设施。

Auto Scaling 可以通过以下几种方式扩展计算资源：

• 根据指定条件动态扩展（例如，增加 Amazon EC2 实例的 CPU 利用率）
• 根据定义的计划以可预测的方式进行扩展（例如，在每周星期五 13:00:00 扩展）
• 根据用户使用安排，改变伸缩组大小
• 根据用户使用安排，立即执行策略

除了按需启动和终止 EC2 实例，Auto Scaling 还可以确保 Auto Scaling 组内的 EC2 实例以良好状况运行。Auto Scaling 在 Auto Scaling 组的当前实例上进行定期运行状况检查，如果发现实例运行状况不佳，它将终止该实例，并启动新实例。这有助于保持定义的最小数量（或指定的所需数量）的运行实例。

AutoScaling通常使用 Amazon CloudWatch 标识指标和创建警报，使用Elastic Load Balancing来对组内虚拟机进行负载均衡。

简单流程

AutoScaling工作方式如下图：

使用流程大致如下（以下使用AWS命令行）：

1、创建启动配置

as-create-launch-config MyLC --image-id ami-2272864b --instance-type m1.large

2、创建 Auto Scaling 组
定义启动配置后，您随时可以创建 Auto Scaling 组。要使用 as-create-auto-scaling-group 创建 Auto Scaling 组，您必须为该组指定名称，还要指定启动配置、一个或多个可用区域、组的最大容量和最小容量。

as-create-auto-scaling-group MyGroup --launch-configuration MyLC --availability-zones us-east-1a --min-size 1 --max-size 1

3、验证
使用as-describe-auto-scaling-groups 命令来确认 MyGroup Auto Scaling 组是否存在，使用as-describe-auto-scaling-instances验证 MyGroup 中是否包含 EC2 实例

4、删除EC2实例和 Auto Scaling 组
先从 Auto Scaling 组移除 EC2 实例，然后删除 Auto Scaling 组，最后删除启动配置

as-update-auto-scaling-group MyGroup --min-size 0 --max-size 0
as-delete-auto-scaling-group MyGroup
as-delete-launch-config MyLC

动态扩展

因为在实际情况下使用动态扩展的情况较多，所以附上一张动态扩展的图：

假定用户已完成以下操作：

• 已通过提供启动 EC2 实例所需的所有信息创建了启动配置。
• 已通过定义 EC2 实例的最大容量、最小容量和（可选）所需容量创建了 Auto Scaling 组。
• 已创建 Amazon CloudWatch 警报并定义了要监控的指标。
• 已创建两个扩展策略（一个用于增加实例，另一个用于减少实例），并将策略与警报相关联。
• 已将扩展策略与 Auto Scaling 组相关联。

以下流程从在 Auto Scaling 组中启动 EC2 实例开始。

• 在 Auto Scaling 组启动用于应用程序的所有 EC2 实例后，该应用程序可以开始与用户通信。
• 在用户发送请求和应用程序实例接收请求的过程中，Amazon CloudWatch 将监控 Auto Scaling 组中所有实例的指定指标。
• 随着对应用程序需求的增加或减少，指定的指标也随之变化。
• 指标的变化将引发 CloudWatch 警报执行操作。该操作是向用于减少实例的策略或用于增加实例的策略发送消息，具体取决于违反的指标。
• 然后，收到消息的 Auto Scaling 策略将引发 Auto Scaling 组中的扩展活动。
• 该 Auto Scaling 流程将继续进行，直到删除策略或终止 Auto Scaling 组。

相关的命令示例：

# 创建伸缩组   
as-create-auto-scaling-group my-test-asg --launch-configuration my-test-lc --availability-zones "us-east-1e" --max-size 5 --min-size 1 
# 创建两个策略
as-put-scaling-policy my-scaleout-policy -–auto-scaling-group my-test-asg --adjustment=30 --type PercentChangeInCapacity
as-put-scaling-policy my-scalein-policy –auto-scaling-group my-test-asg --adjustment=-2 --type ChangeInCapacity
# 在CloudWatch中创建两个与策略关联的告警
mon-put-metric-alarm --alarm-name AddCapacity --metric-name CPUUtilization --namespace AWS/EC2 --statistic Average --period 120 --threshold 80 --comparison-operator GreaterThanOrEqualToThreshold --dimensions AutoScalingGroupName=my-test-asg --evaluation-periods 2 --alarm-actions arn:aws:autoscaling:us-east-1:123456789012:scalingPolicy:ac542982-cbeb-4294-891c-a5a941dfa787:autoScalingGroupName/ my-test-asg:policyName/my-scaleout-policy
mon-put-metric-alarm --alarm-name RemoveCapacity --metric-name CPUUtilization --namespace AWS/EC2 --statistic Average --period 120 --threshold 40 --comparison-operator LessThanOrEqualToThreshold --dimensions AutoScalingGroupName=my-test-asg --evaluation-periods 2 --alarm-actions arn:aws:autoscaling:us-east-1:123456789012:scalingPolicy:4ee9e543-86b5-4121- b53b-aa4c23b5bbcc:autoScalingGroupName/ my-test-asg:policyName/my-scalein-policy 

计划扩展

按计划扩展使您可以按照可预测的负载变化来扩展应用程序。例如，您的 Web 应用程序的流量会在每周的星期三开始增加，并在星期四保持高流量状态，然后在星期五开始下降。您可以根据 Web 应用程序的可预测流量模式来计划扩展活动。

创建计划操作来扩展您的 Auto Scaling 组的流程如下：

• 创建启动配置
• 创建 Auto Scaling 组
• 创建仅用于一次扩展的计划操作，或者重复使用该计划进行扩展
• 验证已为您的 Auto Scaling 组计划扩展操作

相关命令：

# 创建一个在某个时间点执行活动的计划
as-put-scheduled-update-group-action ScaleUp --auto-scaling-group my-test-asg --start-time "2013-05-12T08:00:00Z" --desired-capacity 3
# 创建一个可重复执行的计划
as-put-scheduled-update-group-action scaleup-schedule-year --auto-scaling-group my-test-asg --recurrence “30 0 1 1,6,12 0” --desired-capacity 3

在CloudFormation中的使用

上面说了，AutoScaling是AWS的独立服务，对外提供开放的API。在CloudFormation中使用这个服务时，涉及到资源的定义。主要由以下几个：

• AWS::AutoScaling::AutoScalingGroup
• AWS::AutoScaling::LaunchConfiguration
• AWS::AutoScaling::ScalingPolicy，一般与 Amazon CloudWatch 告警配合使用
• AWS::AutoScaling::Trigger，已不建议使用
• AWS::CloudWatch::Alarm，这个资源其实是调用 CloudWatch 服务创建

AutoScaling in OpenStack Icehouse

在Heat中实现AutoScaling，也有几个资源定义：OS::Heat::CWLiteAlarm, AWS::AutoScaling::LaunchConfiguration, AWS::AutoScaling::AutoScalingGroup, AWS::AutoScaling::ScalingPolicy, OS::Ceilometer::Alarm, OS::Ceilometer::CombinationAlarm

这里简单介绍下OS::Heat::CWLiteAlarm和OS::Ceilometer::Alarm，前者在资源创建时会创建watch_rule记录，而后者会到Ceilometer创建Alarm资源，同时为了前向兼容，也会创建watch_rule记录，但state是CEILOMETER_CONTROLLED，此时像cfn-push-stats这样的脚本在调用heat-cloudwatch-api时就会将数据转发给Ceilometer。watch_rule记录是在heat engine服务启动的循环任务中用到的，在循环任务中会调用WatchRule的evaluate方法。

流程图如下：

以官方给出的模板为例，模块中定义的资源依赖关系如下：

资源的创建顺序从下往上。

1、LaunchConfig仅仅在DB中记录；
2、创建Group，其实是构造一个template，根据template创建一个内层的stack，stack里面的虚拟机属性中有个Tags字段，Tags的值是一个列表（元素是dict），{'key': 'metering.groupname', 'value': <Group的标识>}
3、Policy的创建有点类似于WaitCondition，对Policy资源的引用其实就是一个URL（以/signal标识）
4A、创建Alarm，就是增加一条watch_rule数据库记录(使用OS::Heat::CWLiteAlarm时)，还记的每个stack都有一个线程池么？在循环任务执行过程中，根据DB中的watch-data，对Alarm的触发条件进行判断，更新新的状态，如果该状态对应有action，则调用。那么watch-data的数据从哪来？其实，Heat提供了部分CloudWatch的API，其中就有一个put_metric_data，会更新watch-data的数据。
4B、如果使用Ceilometer的Alarm（OS::Ceilometer::Alarm，这个是后面的发展趋势），则是直接调用Ceilometer API创建alarm，将原来在Heat中的watch-rule循环任务，交由Ceilometer实现。

AutoScaling in Future

看完上述的讲解，会发现，在AWS中Autoscaling是个独立的服务，提供独立的API。但在Heat中只能作为一个stack资源被使用。所以，在Juno版本中，Heat会实现AutoScaling API，相关的bp已经被接纳，敬请期待！