使用K8S集群执行分布式负载测试

本教程介绍如何使用Kubernetes部署分布式负载测试框架，该框架使用分布式部署的locust 产生压测流量，对一个部署到 K8S集群的 Web 应用执行负载测试，该 Web 应用公开了 REST 格式的端点，以响应传入的 HTTP POST 请求。

关于分布式负载测试的更多资料请查看：

1. Distributed Load Testing Using Kubernetes

2. GoogleCloudPlatform/distributed-load-testing-using-kubernetes: Distributed load testing using Kubernetes on Google Container Engine (github.com)

本文借鉴了官方的框架，在官方基础上做了简化修改，支持在本地搭建的K8S集群上进行分布式负载测试。

1. 测试使用的工作负载实例

下图展示了将客户端请求传送到应用的示例工作负载。

为对该交互进行建模，您可以使用 Locust 这一基于 Python、可跨多个目标路径分发请求的分布式负载测试工具。例如，Locust 可以将请求分发到 /login 和 /metrics 目标路径。工作负载在 Locust 中建模为一组任务。

2. locust分布式负载测试架构

该架构涉及到两个主要组件：

• Locust 容器映像。
• 容器编排和管理机制。

Locust 容器映像包含 Locust 软件，包含用于启动 Locust 服务和执行任务的脚本。为尽可能贴近真实客户端的情况，每个 Locust 任务都进行了加权。例如，每一千个客户端总请求发生一次注册。

Kubernetes提供容器编排和管理功能。使用 Kubernetes，您可以指定为负载测试框架奠定基础的容器节点的数量。此外，您还可以将负载测试工作器组织到 pod 中，并指定希望Kubernetes 持续运行的 pod 数量。

为了部署负载测试任务，请执行以下操作：

1. 部署负载测试主节点。
2. 部署一组负载测试工作器。您要使用这些负载测试工作器创建大量的流量，以便执行测试。

下图展示了使用示例应用进行负载测试的架构。主 Pod 提供用于操作和监控负载测试的网页界面。工作器 Pod 为接受测试的应用生成 REST 请求流量，并将指标发送到主 Pod。

2.1 关于负载测试主节点

Locust 主节点是执行负载测试任务的入口点。Locust 主节点配置指定了数个元素，包括容器使用的默认端口：

• 8089 用于网页界面
• 5557 和 5558 用于与工作器通信

2.2 关于负载测试工作器

Locust 工作器执行负载测试任务，可以使用单个 Deployment 来创建多个 pod。这些 pod 分布在 Kubernetes 集群中。

下图显示了 Locust 主节点与 Locust 工作器之间的关系。

3. 部署用于测试 Web 应用

sample-webapp 目录下包含一个简单的 web 测试应用，先构建为 docker 镜像。

$ git clone https://gitee.com/lldhsds/distributed-load-testing-using-k8s.git
$ cd distributed-load-testing-using-k8s/sample-webapp/

# 构建镜像
$ docker build -t lldhsds/sample-webapp:20240625 .
# 查看构建的容器镜像
$ docker images | grep sample-webapp
lldhsds/sample-webapp     20240625       c4e7e59ac329   About a minute ago   928MB
# 打包镜像，将镜像导入到其他节点。也可以推送到镜像仓库。
$ docker save -o sample-webapp.tar lldhsds/sample-webapp:20240625

在 kubernetes 上部署 web应用，名字保持默认，sample-webapp

[root@k8s-master manifest-k8s]# pwd
/root/distributed-load-testing-using-k8s/manifest-k8s
# 镜像指向上面构建的镜像，其他信息如副本数根据自己的测试环境调整或者后续修改
[root@k8s-master manifest-k8s]# cat sample-webapp.yaml
kind: Deployment
apiVersion: apps/v1
metadata:
  name: sample-webapp
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: sample-webapp
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: sample-webapp
    spec:
      containers:
      - name: sample-webapp
        image: lldhsds/sample-webapp:20240625
        ports:
        - name: web
          containerPort: 8000
---
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: sample-webapp
  labels:
    name: sample-webapp
spec:
  ports:
    - port: 8000
  selector:
    name: sample-webapp


[root@k8s-master manifest-k8s]# kubectl create -f sample-webapp.yaml

[root@k8s-master manifest-k8s]# kubectl get pod
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
sample-webapp-65cdc749f7-hd8df   1/1     Running   0          61s
sample-webapp-65cdc749f7-j65sr   1/1     Running   0          61s
[root@k8s-master manifest-k8s]# kubectl get svc
NAME            TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes      ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        14d
sample-webapp   ClusterIP   10.99.23.223     <none>        8000/TCP       9m52s
# 测试应用正常响应
[root@k8s-master manifest-k8s]# curl http://10.99.23.223:8000
Welcome to the "Distributed Load Testing Using Kubernetes" sample web app

4. 部署 Locust 分布式压测组件

locust-master 和 locust-worker 使用同样的容器镜像。

4.1 构建 locust tasks 镜像

locust-master 和 locust-worker 使用的都是 locust-tasks 镜像，自定义locust测试脚本，构建为容器镜像：

[root@k8s-master locust]# pwd
/root/distributed-load-testing-using-k8s/locust
[root@k8s-master locust]# cd ..
[root@k8s-master distributed-load-testing-using-k8s]# cd locust/
[root@k8s-master locust]# ls
Dockerfile  locust-tasks
[root@k8s-master locust]# docker build -t lldhsds/locust-tasks:20240625 .
# 查看构建的镜像
[root@k8s-master locust]# docker images | grep locust-tasks
lldhsds/locust-tasks  20240625          0b08d2e86b76   About a minute ago   983MB
# 打包镜像导入到其他节点中
[root@k8s-master locust]# docker save -o locust-tasks.tar lldhsds/locust-tasks:20240625

4.2 部署 locust分布式测试环境

修改master cotnroller 和worker cotnroller 中 spec.template.spec.containers.image 字段，指向自己构建的镜像：

[root@k8s-master manifest-k8s]# pwd
/root/distributed-load-testing-using-k8s/manifest-k8s
[root@k8s-master manifest-k8s]# ls
locust-tasks.yaml  sample-webapp.yaml
[root@k8s-master manifest-k8s]# vim locust-tasks.yaml
...
image:  lldhsds/locust-tasks:20240625
...

部署locust-master和locust worker，根据需要修改worker节点的副本数：

[root@k8s-master manifest-k8s]# ls
locust-tasks.yaml  sample-webapp.yaml
[root@k8s-master manifest-k8s]# kubectl create -f locust-tasks.yaml
deployment.apps/locust-master created
service/locust-master created
deployment.apps/locust-worker created

# 查看部署的容器
[root@k8s-master manifest-k8s]# kubectl get pod
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
locust-master-8b64d8b4c-fmjsz    1/1     Running   0          9m52s
locust-worker-84fc79566c-2gjqr   1/1     Running   0          9m51s
locust-worker-84fc79566c-6v8cz   1/1     Running   0          9m51s
sample-webapp-65cdc749f7-hd8df   1/1     Running   0          18m
sample-webapp-65cdc749f7-j65sr   1/1     Running   0          18m
[root@k8s-master manifest-k8s]# kubectl get svc
NAME            TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)                                        AGE
kubernetes      ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP                                        14d
locust-master   NodePort    10.109.114.2     <none>        8089:30502/TCP,5557:31739/TCP,5558:32268/TCP   9m55s
sample-webapp   ClusterIP   10.99.23.223     <none>        8000/TCP                                       27m

4.3 指向locust性能测试

使用http://ip:30502即可访问locust web界面，可以看到已经有两个workder节点连接到master。

配置参数进行测试：

5. 总结

1. 基于该架构可以实现K8S环境下应用的分布式压测，借助与K8S易于扩展的能力，可以很容易的调整压测端、应用端的副本数，实现扩缩容；
2. 本文使用一套K8S集群承载locust分布式测试组件和业务应用，最佳实践情况下，可以将locust部署到单独的K8S集群中，对业务侧K8S进行压测。