[AWS] EKS Autoscaling - 5주차 - Karpenter : K8S Native AutoScaler & Fargate

# 카펜터 설치를 위한 환경 변수 설정 및 확인
export CLUSTER_ENDPOINT="$(aws eks describe-cluster --name ${CLUSTER_NAME} --query "cluster.endpoint" --output text)"
export KARPENTER_IAM_ROLE_ARN="arn:aws:iam::${AWS_ACCOUNT_ID}:role/${CLUSTER_NAME}-karpenter"
echo $CLUSTER_ENDPOINT $KARPENTER_IAM_ROLE_ARN

# EC2 Spot Fleet 사용을 위한 service-linked-role 생성 확인 : 만들어있는것을 확인하는 거라 아래 에러 출력이 정상!
# If the role has already been successfully created, you will see:
# An error occurred (InvalidInput) when calling the CreateServiceLinkedRole operation: Service role name AWSServiceRoleForEC2Spot has been taken in this account, please try a different suffix.
aws iam create-service-linked-role --aws-service-name spot.amazonaws.com || true

# docker logout : Logout of docker to perform an unauthenticated pull against the public ECR
docker logout public.ecr.aws

# karpenter 설치
helm upgrade --install karpenter oci://public.ecr.aws/karpenter/karpenter --version ${KARPENTER_VERSION} --namespace karpenter --create-namespace \
  --set serviceAccount.annotations."eks\.amazonaws\.com/role-arn"=${KARPENTER_IAM_ROLE_ARN} \
  --set settings.aws.clusterName=${CLUSTER_NAME} \
  --set settings.aws.defaultInstanceProfile=KarpenterNodeInstanceProfile-${CLUSTER_NAME} \
  --set settings.aws.interruptionQueueName=${CLUSTER_NAME} \
  --set controller.resources.requests.cpu=1 \
  --set controller.resources.requests.memory=1Gi \
  --set controller.resources.limits.cpu=1 \
  --set controller.resources.limits.memory=1Gi \
  --wait

# 확인
kubectl get-all -n karpenter
kubectl get all -n karpenter
kubectl get cm -n karpenter karpenter-global-settings -o jsonpath={.data} | jq
kubectl get crd | grep karpenter

실습 내용 - 링크\

How to create nodeless AWS EKS clusters with Karpenter for autoscaling

 

설명

CON405_How-to-monitor-and-reduce-your-compute-costs.pdf

• 작동 방식
  • 모니터링 → (스케줄링 안된 Pod 발견) → 스펙 평가 → 생성 ⇒ Provisioning
  • 모니터링 → (비어있는 노드 발견) → 제거 ⇒ Deprovisioning
• Provisioner CRD : 시작 템플릿이 필요 없습니다! ← 시작 템플릿의 대부분의 설정 부분을 대신함
  • 필수 : 보안그룹, 서브넷
  • 리소스 찾는 방식 : 태그 기반 자동, 리소스 ID 직접 명시
  • 인스턴스 타입은 가드레일 방식으로 선언 가능! : 스팟(우선) vs 온디멘드, 다양한 인스턴스 type 가능
• Pod에 적합한 인스턴스 중 가장 저렴한 인스턴스로 증설 됩니다
• PV를 위해 단일 서브넷에 노드 그룹을 만들 필요가 없습니다 → 자동으로 PV가 존재하는 서브넷에 노드를 만듭니다
• 사용 안하는 노드를 자동으로 정리, 일정 기간이 지나면 노드를 자동으로 만료 시킬 수 있음
  • ttlSecondsAfterEmpty : 노드에 데몬셋을 제외한 모든 Pod이 존재하지 않을 경우 해당 값 이후에 자동으로 정리됨
  • ttlSecondsUntilExpired : 설정한 기간이 지난 노드는 자동으로 cordon, drain 처리가 되어 노드를 정리함
    • 이때 노드가 주기적으로 정리되면 자연스럽게 기존에 여유가 있는 노드에 재배치 되기 때문에 좀 더 효율적으로 리소스 사용 가능 + 최신 AMI 사용 환경에 도움
  • 노드가 제때 drain 되지 않는다면 비효율적으로 운영 될 수 있습니다
• 노드를 줄여도 다른 노드에 충분한 여유가 있다면 자동으로 정리해줌!
• 큰 노드 하나가 작은 노드 여러개 보다 비용이 저렴하다면 자동으로 합쳐줌!
• → 기존에 확장 속도가 느려서 보수적으로 운영 하던 부분을 해소
• 오버 프로비저닝 필요 : 카펜터를 쓰더라도 EC2가 뜨고 데몬셋이 모두 설치되는데 최소 1~2분이 소요 → 깡통 증설용 Pod를 만들어서 여유 공간을 강제로 확보!
• 오버 프로비저닝 Pod x KEDA : 대규모 증설이 예상 되는 경우 미리 준비

 

 

---

실습 환경 구축하기 

Name: myeks2

펼처보기로 구성 - 이전 실습환경은 삭제- 해당 실습은 별도 새로 구성합니다.

eks 구성하는데 19분 소요됩니다.

# YAML 파일 다운로드
curl -O https://s3.ap-northeast-2.amazonaws.com/cloudformation.cloudneta.net/K8S/karpenter-preconfig.yaml

# CloudFormation 스택 배포
예시) aws cloudformation deploy --template-file karpenter-preconfig.yaml --stack-name myeks2 --parameter-overrides KeyName=kp-gasida SgIngressSshCidr=$(curl -s ipinfo.io/ip)/32  MyIamUserAccessKeyID=AKIA5... MyIamUserSecretAccessKey='CVNa2...' ClusterBaseName=myeks2 --region ap-northeast-2

# CloudFormation 스택 배포 완료 후 작업용 EC2 IP 출력
aws cloudformation describe-stacks --stack-name myeks2 --query 'Stacks[*].Outputs[0].OutputValue' --output text

# 작업용 EC2 SSH 접속
ssh -i ~/.ssh/kp-gasida.pem ec2-user@$(aws cloudformation describe-stacks --stack-name myeks2 --query 'Stacks[*].Outputs[0].OutputValue' --output text)

배포 전 사전 확인 & eks-node-viewer 설치

# EKS Node Viewer 설치 : 현재 ec2 spec에서는 설치에 다소 시간이 소요됨 = 2분 이상
go install github.com/awslabs/eks-node-viewer/cmd/eks-node-viewer@latest

# [터미널1] bin 확인 및 사용
tree ~/go/bin
cd ~/go/bin
./eks-node-viewer -h
./eks-node-viewer  # EKS 배포 완료 후 실행 하자

환경 변수 및 EKS  설치 

# 환경변수 정보 확인
export | egrep 'ACCOUNT|AWS_|CLUSTER' | egrep -v 'SECRET|KEY'

# 환경변수 설정
export KARPENTER_VERSION=v0.27.5
export TEMPOUT=$(mktemp)
echo $KARPENTER_VERSION $CLUSTER_NAME $AWS_DEFAULT_REGION $AWS_ACCOUNT_ID $TEMPOUT

# CloudFormation 스택으로 IAM Policy, Role, EC2 Instance Profile 생성 : 3분 정도 소요
curl -fsSL https://karpenter.sh/"${KARPENTER_VERSION}"/getting-started/getting-started-with-karpenter/cloudformation.yaml  > $TEMPOUT \
&& aws cloudformation deploy \
  --stack-name "Karpenter-${CLUSTER_NAME}" \
  --template-file "${TEMPOUT}" \
  --capabilities CAPABILITY_NAMED_IAM \
  --parameter-overrides "ClusterName=${CLUSTER_NAME}"

# 클러스터 생성 : myeks2 EKS 클러스터 생성 19분 정도 소요
eksctl create cluster -f - <<EOF
---
apiVersion: eksctl.io/v1alpha5
kind: ClusterConfig
metadata:
  name: ${CLUSTER_NAME}
  region: ${AWS_DEFAULT_REGION}
  version: "1.24"
  tags:
    karpenter.sh/discovery: ${CLUSTER_NAME}

iam:
  withOIDC: true
  serviceAccounts:
  - metadata:
      name: karpenter
      namespace: karpenter
    roleName: ${CLUSTER_NAME}-karpenter
    attachPolicyARNs:
    - arn:aws:iam::${AWS_ACCOUNT_ID}:policy/KarpenterControllerPolicy-${CLUSTER_NAME}
    roleOnly: true

iamIdentityMappings:
- arn: "arn:aws:iam::${AWS_ACCOUNT_ID}:role/KarpenterNodeRole-${CLUSTER_NAME}"
  username: system:node:{{EC2PrivateDNSName}}
  groups:
  - system:bootstrappers
  - system:nodes

managedNodeGroups:
- instanceType: m5.large
  amiFamily: AmazonLinux2
  name: ${CLUSTER_NAME}-ng
  desiredCapacity: 2
  minSize: 1
  maxSize: 10
  iam:
    withAddonPolicies:
      externalDNS: true

## Optionally run on fargate
# fargateProfiles:
# - name: karpenter
#  selectors:
#  - namespace: karpenter
EOF

# eks 배포 확인
eksctl get cluster
eksctl get nodegroup --cluster $CLUSTER_NAME
eksctl get iamidentitymapping --cluster $CLUSTER_NAME
eksctl get iamserviceaccount --cluster $CLUSTER_NAME
eksctl get addon --cluster $CLUSTER_NAME

# [터미널1] eks-node-viewer
cd ~/go/bin && ./eks-node-viewer

# k8s 확인
kubectl cluster-info
kubectl get node --label-columns=node.kubernetes.io/instance-type,eks.amazonaws.com/capacityType,topology.kubernetes.io/zone
kubectl get pod -n kube-system -owide
kubectl describe cm -n kube-system aws-auth
...
mapRoles:
----
- groups:
  - system:bootstrappers
  - system:nodes
  rolearn: arn:aws:iam::911283464785:role/KarpenterNodeRole-myeks2
  username: system:node:{{EC2PrivateDNSName}}
- groups:
  - system:bootstrappers
  - system:nodes
  rolearn: arn:aws:iam::911283464785:role/eksctl-myeks2-nodegroup-myeks2-ng-NodeInstanceRole-1KDXF4FLKKX1B
  username: system:node:{{EC2PrivateDNSName}}
...

 

 

카펜더 설치

# 카펜터 설치를 위한 환경 변수 설정 및 확인
export CLUSTER_ENDPOINT="$(aws eks describe-cluster --name ${CLUSTER_NAME} --query "cluster.endpoint" --output text)"
export KARPENTER_IAM_ROLE_ARN="arn:aws:iam::${AWS_ACCOUNT_ID}:role/${CLUSTER_NAME}-karpenter"
echo $CLUSTER_ENDPOINT $KARPENTER_IAM_ROLE_ARN

# EC2 Spot Fleet 사용을 위한 service-linked-role 생성 확인 : 만들어있는것을 확인하는 거라 아래 에러 출력이 정상!
# If the role has already been successfully created, you will see:
# An error occurred (InvalidInput) when calling the CreateServiceLinkedRole operation: Service role name AWSServiceRoleForEC2Spot has been taken in this account, please try a different suffix.
aws iam create-service-linked-role --aws-service-name spot.amazonaws.com || true

# docker logout : Logout of docker to perform an unauthenticated pull against the public ECR
docker logout public.ecr.aws

# karpenter 설치
helm upgrade --install karpenter oci://public.ecr.aws/karpenter/karpenter --version ${KARPENTER_VERSION} --namespace karpenter --create-namespace \
  --set serviceAccount.annotations."eks\.amazonaws\.com/role-arn"=${KARPENTER_IAM_ROLE_ARN} \
  --set settings.aws.clusterName=${CLUSTER_NAME} \
  --set settings.aws.defaultInstanceProfile=KarpenterNodeInstanceProfile-${CLUSTER_NAME} \
  --set settings.aws.interruptionQueueName=${CLUSTER_NAME} \
  --set controller.resources.requests.cpu=1 \
  --set controller.resources.requests.memory=1Gi \
  --set controller.resources.limits.cpu=1 \
  --set controller.resources.limits.memory=1Gi \
  --wait

# 확인
kubectl get-all -n karpenter
kubectl get all -n karpenter
kubectl get cm -n karpenter karpenter-global-settings -o jsonpath={.data} | jq
kubectl get crd | grep karpenter

 

 

 

프로비저너 설치

#
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: karpenter.sh/v1alpha5
kind: Provisioner
metadata:
  name: default
spec:
  requirements:
    - key: karpenter.sh/capacity-type
      operator: In
      values: ["spot"]
  limits:
    resources:
      cpu: 1000
  providerRef:
    name: default
  ttlSecondsAfterEmpty: 30
---
apiVersion: karpenter.k8s.aws/v1alpha1
kind: AWSNodeTemplate
metadata:
  name: default
spec:
  subnetSelector:
    karpenter.sh/discovery: ${CLUSTER_NAME}
  securityGroupSelector:
    karpenter.sh/discovery: ${CLUSTER_NAME}
EOF

# 확인
kubectl get awsnodetemplates,provisioners

---

그라파나 & 프로메테우스 설치

#
helm repo add grafana-charts https://grafana.github.io/helm-charts
helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts
helm repo update

kubectl create namespace monitoring

# 프로메테우스 설치
curl -fsSL https://karpenter.sh/"${KARPENTER_VERSION}"/getting-started/getting-started-with-karpenter/prometheus-values.yaml | tee prometheus-values.yaml
helm install --namespace monitoring prometheus prometheus-community/prometheus --values prometheus-values.yaml --set alertmanager.enabled=false

# 그라파나 설치
curl -fsSL https://karpenter.sh/"${KARPENTER_VERSION}"/getting-started/getting-started-with-karpenter/grafana-values.yaml | tee grafana-values.yaml
helm install --namespace monitoring grafana grafana-charts/grafana --values grafana-values.yaml --set service.type=LoadBalancer

# admin 암호
kubectl get secret --namespace monitoring grafana -o jsonpath="{.data.admin-password}" | base64 --decode ; echo

# 그라파나 접속
kubectl annotate service grafana -n monitoring "external-dns.alpha.kubernetes.io/hostname=grafana.$MyDomain"
echo -e "grafana URL = http://grafana.$MyDomain"

 

 

실습 테스트 

# pause 파드 1개에 CPU 1개 최소 보장 할당
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: inflate
spec:
  replicas: 0
  selector:
    matchLabels:
      app: inflate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: inflate
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 0
      containers:
        - name: inflate
          image: public.ecr.aws/eks-distro/kubernetes/pause:3.7
          resources:
            requests:
              cpu: 1
EOF
kubectl scale deployment inflate --replicas 5
kubectl logs -f -n karpenter -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller

# 스팟 인스턴스 확인!
aws ec2 describe-spot-instance-requests --filters "Name=state,Values=active" --output table
kubectl get node -l karpenter.sh/capacity-type=spot -o jsonpath='{.items[0].metadata.labels}' | jq
kubectl get node --label-columns=eks.amazonaws.com/capacityType,karpenter.sh/capacity-type,node.kubernetes.io/instance-type
NAME                                                 STATUS   ROLES    AGE     VERSION                CAPACITYTYPE   CAPACITY-TYPE   INSTANCE-TYPE
ip-192-168-165-220.ap-northeast-2.compute.internal   Ready    <none>   2m37s   v1.24.13-eks-0a21954                  spot            c5a.2xlarge
ip-192-168-57-91.ap-northeast-2.compute.internal     Ready    <none>   13m     v1.24.13-eks-0a21954   ON_DEMAND                      m5.large
ip-192-168-75-253.ap-northeast-2.compute.internal    Ready    <none>   13m     v1.24.13-eks-0a21954   ON_DEMAND                      m5.large

웹콘솔 스팟 인스턴스 확인

삭제하기 

kubectl delete deployment inflate
kubectl logs -f -n karpenter -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller

 

 

 

 

 

 

Consolidation 실습

#
kubectl delete provisioners default
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: karpenter.sh/v1alpha5
kind: Provisioner
metadata:
  name: default
spec:
  consolidation:
    enabled: true
  labels:
    type: karpenter
  limits:
    resources:
      cpu: 1000
      memory: 1000Gi
  providerRef:
    name: default
  requirements:
    - key: karpenter.sh/capacity-type
      operator: In
      values:
        - on-demand
    - key: node.kubernetes.io/instance-type
      operator: In
      values:
        - c5.large
        - m5.large
        - m5.xlarge
EOF

#
cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: inflate
spec:
  replicas: 0
  selector:
    matchLabels:
      app: inflate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: inflate
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 0
      containers:
        - name: inflate
          image: public.ecr.aws/eks-distro/kubernetes/pause:3.7
          resources:
            requests:
              cpu: 1
EOF
kubectl scale deployment inflate --replicas 12
kubectl logs -f -n karpenter -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller

# 인스턴스 확인
# This changes the total memory request for this deployment to around 12Gi, 
# which when adjusted to account for the roughly 600Mi reserved for the kubelet on each node means that this will fit on 2 instances of type m5.large:
kubectl get node -l type=karpenter
kubectl get node --label-columns=eks.amazonaws.com/capacityType,karpenter.sh/capacity-type
kubectl get node --label-columns=node.kubernetes.io/instance-type,topology.kubernetes.io/zone

# Next, scale the number of replicas back down to 5:
kubectl scale deployment inflate --replicas 5

# The output will show Karpenter identifying specific nodes to cordon, drain and then terminate:
kubectl logs -f -n karpenter -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller
2023-05-17T07:02:00.768Z	INFO	controller.deprovisioning	deprovisioning via consolidation delete, terminating 1 machines ip-192-168-14-81.ap-northeast-2.compute.internal/m5.xlarge/on-demand	{"commit": "d7e22b1-dirty"}
2023-05-17T07:02:00.803Z	INFO	controller.termination	cordoned node	{"commit": "d7e22b1-dirty", "node": "ip-192-168-14-81.ap-northeast-2.compute.internal"}
2023-05-17T07:02:01.320Z	INFO	controller.termination	deleted node	{"commit": "d7e22b1-dirty", "node": "ip-192-168-14-81.ap-northeast-2.compute.internal"}
2023-05-17T07:02:39.283Z	DEBUG	controller	deleted launch template	{"commit": "d7e22b1-dirty", "launch-template": "karpenter.k8s.aws/9547068762493117560"}

# Next, scale the number of replicas back down to 1
kubectl scale deployment inflate --replicas 1
kubectl logs -f -n karpenter -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller

# 인스턴스 확인
kubectl get node -l type=karpenter
kubectl get node --label-columns=eks.amazonaws.com/capacityType,karpenter.sh/capacity-type
kubectl get node --label-columns=node.kubernetes.io/instance-type,topology.kubernetes.io/zone

# 삭제
kubectl delete deployment inflate

 

 

 

실습 끝

삭제

#
kubectl delete svc -n monitoring grafana
helm uninstall -n kube-system kube-ops-view
helm uninstall karpenter --namespace karpenter

# 위 삭제 완료 후 아래 삭제
aws ec2 describe-launch-templates --filters Name=tag:karpenter.k8s.aws/cluster,Values=${CLUSTER_NAME} |
    jq -r ".LaunchTemplates[].LaunchTemplateName" |
    xargs -I{} aws ec2 delete-launch-template --launch-template-name {}

# 클러스터 삭제
eksctl delete cluster --name "${CLUSTER_NAME}"

#
aws cloudformation delete-stack --stack-name "Karpenter-${CLUSTER_NAME}"

# 위 삭제 완료 후 아래 삭제
aws cloudformation delete-stack --stack-name ${CLUSTER_NAME}