[AWS EKS] Autoscaling ( Karpenter)

CloudNet@팀의 EKS 스터디 AEWS 2기에 작성된 자료를 토대로 작성합니다.

대망의 Autoscaling의 꽃 - Karpenter을 소개하겠습니다.

✅ Karpenter

오픈소스 노드 수명 주기 관리 솔루션, 몇 초 만에 컴퓨팅 리소스 제공
카펜터는 Auto Scaling Group를 사용하지 않고 EKS 노드를 직접 증가, 감소합니다. 그래서 빠른가 ?

스케쥴링 안된 Pod 발견 -> 스펙 평가 -> Provisioning
비어있는 노드 발견 -> 제거 -> Deprovisioning

✅ Karpenter 작동방식 및 특징

기존에 CAS가 Karpenter에 비하여 오래된 기술이라 기술적 성숙도가 있으나 비용과 속도 측면에서 Karpenter가 유리하여 최근 많은 기업들이 Karpenter를 도입하는 추세입니다. EKS를 사용하는 많은 고객들이 Karpenter를 도입하여 기존 대비 30% 이상의 비용을 절감할 수 있다는 정설.
CAS와 같은 클러스터 오토스케일 기술들은 Requests(최소)를 기준으로 이루어진다. 즉 이때 실제 컨테이너 프로세스가 사용하는 리소스 사용량은 고려되지 않는 경우가 많다.
반면 Karpenter는 resource requests, nodeselectors, affinities, tolerations, and topology spread constraints 등 여러가지 스케쥴링 constraints를 적용할수 있어서 좀더 범용적이다.
무엇보다 비용과 속도 측면에서 유리함

→ 기존에 확장 속도가 느려서 보수적으로 운영 하던 부분을 해소

→ 비용이 더 저렴한 형태로 자동으로 합쳐주거나 다른 노드쪽에 여유가 충분하다면 자동으로 정리해줌.

✅ Karpenter 설치 및 구성

eks node viewer을 설치해서 오토스케일링 되는것을 모니터링 하면서 karpenter 테스트

# IP 주소 확인 : 172.30.0.0/16 VPC 대역에서 172.30.1.0/24 대역을 사용 중
ip -br -c addr

# EKS Node Viewer 설치 : 현재 ec2 spec에서는 설치에 다소 시간이 소요됨 = 2분 이상
wget https://go.dev/dl/go1.22.1.linux-amd64.tar.gz
tar -C /usr/local -xzf go1.22.1.linux-amd64.tar.gz
export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin
go install github.com/awslabs/eks-node-viewer/cmd/eks-node-viewer@latest

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

# EKS 배포 완료 후 실행 하자
cd ~/go/bin && ./eks-node-viewer --resources cpu,memory

eks배포
mac에서 바로 실행하여도 가능함

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

# 변수 설정
export KARPENTER_NAMESPACE="kube-system"
export K8S_VERSION="1.27"
export AWS_DEFAULT_REGION="ap-northeast-2"
export KARPENTER_VERSION="0.35.2"
export TEMPOUT=$(mktemp)
export ARM_AMI_ID="$(aws ssm get-parameter --name /aws/service/eks/optimized-ami/${K8S_VERSION}/amazon-linux-2-arm64/recommended/image_id --query Parameter.Value --output text)"
export AMD_AMI_ID="$(aws ssm get-parameter --name /aws/service/eks/optimized-ami/${K8S_VERSION}/amazon-linux-2/recommended/image_id --query Parameter.Value --output text)"
export GPU_AMI_ID="$(aws ssm get-parameter --name /aws/service/eks/optimized-ami/${K8S_VERSION}/amazon-linux-2-gpu/recommended/image_id --query Parameter.Value --output text)"
export AWS_PARTITION="aws"
export CLUSTER_NAME="${USER}-karpenter-demo"
echo "export CLUSTER_NAME=$CLUSTER_NAME" >> /etc/profile
echo $KARPENTER_VERSION $CLUSTER_NAME $AWS_DEFAULT_REGION $AWS_ACCOUNT_ID $TEMPOUT $ARM_AMI_ID $AMD_AMI_ID $GPU_AMI_ID

# CloudFormation 스택으로 IAM Policy, Role(KarpenterNodeRole-myeks2) 생성 : 3분 정도 소요
curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/aws/karpenter-provider-aws/v"${KARPENTER_VERSION}"/website/content/en/preview/getting-started/getting-started-with-karpenter/cloudformation.yaml  > "${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: ${AWS_DEFAULT_REGION}
  version: "${K8S_VERSION}"
  tags:
    karpenter.sh/discovery: ${CLUSTER_NAME}

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

iamIdentityMappings:
- arn: "arn:${AWS_PARTITION}:iam::${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
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

karpenter 설치

# default 네임스페이스 적용
kubectl ns default


# 노드 정보 확인
kubectl get node --label-columns=node.kubernetes.io/instance-type,eks.amazonaws.com/capacityType,topology.kubernetes.io/zone

# ExternalDNS
MyDomain=<자신의 도메인>
echo "export MyDomain=<자신의 도메인>" >> /etc/profile
MyDomain=gasida.link
echo "export MyDomain=gasida.link" >> /etc/profile
MyDnzHostedZoneId=$(aws route53 list-hosted-zones-by-name --dns-name "${MyDomain}." --query "HostedZones[0].Id" --output text)
echo $MyDomain, $MyDnzHostedZoneId
curl -s -O https://raw.githubusercontent.com/gasida/PKOS/main/aews/externaldns.yaml
MyDomain=$MyDomain MyDnzHostedZoneId=$MyDnzHostedZoneId envsubst < externaldns.yaml | kubectl apply -f -

# kube-ops-view
helm repo add geek-cookbook https://geek-cookbook.github.io/charts/
helm install kube-ops-view geek-cookbook/kube-ops-view --version 1.2.2 --set env.TZ="Asia/Seoul" --namespace kube-system
kubectl patch svc -n kube-system kube-ops-view -p '{"spec":{"type":"LoadBalancer"}}'
kubectl annotate service kube-ops-view -n kube-system "external-dns.alpha.kubernetes.io/hostname=kubeopsview.$MyDomain"
echo -e "Kube Ops View URL = http://kubeopsview.$MyDomain:8080/#scale=1.5"


# [터미널1] eks-node-viewer
cd ~/go/bin && ./eks-node-viewer --resources cpu,memory

# 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

# Karpenter 설치를 위한 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:${AWS_PARTITION}:iam::${AWS_ACCOUNT_ID}:role/${CLUSTER_NAME}-karpenter"
echo "${CLUSTER_ENDPOINT} ${KARPENTER_IAM_ROLE_ARN}"

# EC2 Spot Fleet의 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

# helm registry logout
helm registry logout public.ecr.aws

# karpenter 설치
helm install karpenter oci://public.ecr.aws/karpenter/karpenter --version "${KARPENTER_VERSION}" --namespace "${KARPENTER_NAMESPACE}" --create-namespace \
  --set "serviceAccount.annotations.eks\.amazonaws\.com/role-arn=${KARPENTER_IAM_ROLE_ARN}" \
  --set "settings.clusterName=${CLUSTER_NAME}" \
  --set "settings.interruptionQueue=${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_NAMESPACE
kubectl get all -n $KARPENTER_NAMESPACE
kubectl get crd | grep karpenter

# APi 변경
v1alpha5/Provisioner → v1beta1/NodePool
v1alpha1/AWSNodeTemplate → v1beta1/EC2NodeClass 
v1alpha5/Machine → v1beta1/NodeClaim

노드pool 생성

cat <<EOF | envsubst | kubectl apply -f -
apiVersion: karpenter.sh/v1beta1
kind: NodePool
metadata:
  name: default
spec:
  template:
    spec:
      requirements:
        - key: kubernetes.io/arch
          operator: In
          values: ["amd64"]
        - key: kubernetes.io/os
          operator: In
          values: ["linux"]
        - key: karpenter.sh/capacity-type
          operator: In
          values: ["spot"]
        - key: karpenter.k8s.aws/instance-category
          operator: In
          values: ["c", "m", "r"]
        - key: karpenter.k8s.aws/instance-generation
          operator: Gt
          values: ["2"]
      nodeClassRef:
        apiVersion: karpenter.k8s.aws/v1beta1
        kind: EC2NodeClass
        name: default
  limits:
    cpu: 1000
  disruption:
    consolidationPolicy: WhenUnderutilized
    expireAfter: 720h # 30 * 24h = 720h
---
apiVersion: karpenter.k8s.aws/v1beta1
kind: EC2NodeClass
metadata:
  name: default
spec:
  amiFamily: AL2 # Amazon Linux 2
  role: "KarpenterNodeRole-${CLUSTER_NAME}" # replace with your cluster name
  subnetSelectorTerms:
    - tags:
        karpenter.sh/discovery: "${CLUSTER_NAME}" # replace with your cluster name
  securityGroupSelectorTerms:
    - tags:
        karpenter.sh/discovery: "${CLUSTER_NAME}" # replace with your cluster name
  amiSelectorTerms:
    - id: "${ARM_AMI_ID}"
    - id: "${AMD_AMI_ID}"
#   - id: "${GPU_AMI_ID}" # <- GPU Optimized AMD AMI 
#   - name: "amazon-eks-node-${K8S_VERSION}-*" # <- automatically upgrade when a new AL2 EKS Optimized AMI is released. This is unsafe for production workloads. Validate AMIs in lower environments before deploying them to production.
EOF

# 확인
kubectl get nodepool,ec2nodeclass

파드생성

# 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

# Scale up
kubectl get pod
kubectl scale deployment inflate --replicas 5
kubectl logs -f -n "${KARPENTER_NAMESPACE}" -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller
kubectl logs -f -n "${KARPENTER_NAMESPACE}" -l app.kubernetes.io/name=karpenter -c controller | jq '.'

삭제방안

export CLUSTER_NAME="${USER}-karpenter-demo"
eksctl delete cluster --name $CLUSTER_NAME

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