3. 脚本框架设计：主函数、配置模块、压测模块、巡检模块、报告模块的职责划分

一个健壮的 Kubernetes 环境容量压测巡检脚本，其核心在于模块化设计。清晰的职责划分不仅能提升代码的可维护性与可扩展性，还能让团队在调试与参数调优时快速定位问题。本章将详细拆解脚本的五大核心模块：主函数、配置模块、压测模块、巡检模块与报告模块，并明确各模块的输入、输出与边界。

3.1 主函数 (main) — 流程编排与异常兜底

主函数是整个脚本的入口与调度中心。它不参与具体的业务逻辑，而是负责按顺序调用各模块，并处理全局异常与退出码。

3.2 配置模块 (config) — 单一数据源与参数校验

配置模块负责解析、校验、存储所有运行时参数。它从 YAML 文件、命令行参数和环境变量中读取配置，并合并为统一的配置对象。

• 参数来源优先级：命令行参数 > 环境变量 > 默认配置文件 (config.yaml)。
• 核心配置项：
  • 集群连接：kubeconfig 路径、context 名称。
  • 压测参数：并发数 (concurrency)、持续时间 (duration)、QPS 目标、负载类型 (HTTP/gRPC/自定义)。
  • 巡检参数：采集间隔 (interval)、指标白名单、告警阈值。
  • 报告参数：输出格式 (JSON/HTML/PDF)、存储路径。
• 校验逻辑：对数值范围、必填字段、文件可读性进行前置校验，校验失败时直接报错退出，避免运行时异常。

# config.yaml 示例片段
cluster:
  kubeconfig: "/home/user/.kube/config"
  context: "prod-cluster"
stress:
  concurrency: 50
  duration: "300s"
  target_qps: 1000
inspect:
  interval: "15s"
  metrics: ["cpu", "memory", "network", "apiserver_latency"]
report:
  format: "html"
  output_dir: "/tmp/reports"

3.3 压测模块 (stress) — 负载生成与实时指标采集

压测模块是脚本的执行核心。它根据配置模块提供的参数，向 Kubernetes 集群注入可控负载，并在压测过程中实时采集关键性能指标。

3.4 巡检模块 (inspect) — 集群健康状态快照

巡检模块在压测前、压测中、压测后三个时间点执行集群健康状态检查，生成可对比的时序数据。

• 检查维度：
  • 控制面：API Server 响应延迟、etcd 读写延迟、调度器队列深度。
  • 数据面：节点资源使用率、Pod 状态分布、容器重启次数。
  • 网络：CNI 插件健康、Service 连通性、DNS 解析成功率。
• 数据存储：每次巡检结果以时间戳为键存入内存中的环形缓冲区，供报告模块使用。
• 阈值告警：当巡检指标超过配置的阈值时，在日志中输出 WARNING 级别信息，并标记报告中的对应时段为“风险”。

# 巡检模块核心数据结构 (Python 伪代码)
class InspectionSnapshot:
    def __init__(self):
        self.timestamp: float
        self.api_server_latency_p99: float
        self.node_cpu_avg: float
        self.node_memory_avg: float
        self.pod_restart_count: int
        self.etcd_db_size: int

3.5 报告模块 (report) — 数据聚合与可视化输出

报告模块将压测与巡检的原始数据转化为结构化报告，支持多种输出格式，便于团队分析与归档。

报告模块还负责生成结论摘要，例如：

• 集群在目标 QPS 下是否稳定（基于 P99 延迟 < 200ms 且无错误响应）。
• 瓶颈点定位（CPU 饱和 / 内存不足 / 网络带宽限制）。
• 扩容建议（建议增加 Node 数量或调整 HPA 阈值）。

3.6 模块间协作流程

在实际运行中，五个模块按照以下时序协作：

1. 启动阶段：主函数调用配置模块，加载并校验所有参数。若校验失败，直接退出并返回错误码 1。
2. 压测前巡检：主函数调用巡检模块，采集集群基线状态，存入快照列表。
3. 压测执行：主函数调用压测模块，开始注入负载。压测模块在运行期间持续向巡检模块发送“触发采集”信号。
4. 压测中巡检：巡检模块按配置间隔自动采集集群状态，并与压测模块的实时指标合并。
5. 压测后巡检：压测结束后，主函数再次调用巡检模块，采集恢复期状态。
6. 报告生成：主函数将所有快照与压测数据传递给报告模块，生成最终报告。