Kubernetes Scheduler浅析

概述

Kubernetes 调度器(Scheduler)是Kubernetes的核心组件；用户或者控制器创建Pod之后，调度器通过 kubernetes 的 watch 机制来发现集群中新创建且尚未被调度到 Node 上的 Pod。调度器会将发现的每一个未调度的 Pod 调度到一个合适的 Node 上来运行。调度器会依据下文的调度原则来做出调度选择。

kube-scheduler 给一个 pod 做调度选择包含两个步骤：过滤、打分

过滤阶段会将所有满足 Pod 调度需求的 Node 选出来。例如，PodFitsResources 过滤函数会检查候选 Node 的可用资源能否满足 Pod 的资源请求。在过滤之后，得出一个 Node 列表，里面包含了所有可调度节点；通常情况下，这个 Node 列表包含不止一个 Node。如果这个列表是空的，代表这个 Pod 不可调度。

打分阶段，调度器会为 Pod 从所有可调度节点中选取一个最合适的 Node。根据当前启用的打分规则，调度器会给每一个可调度节点进行打分。

最后，kube-scheduler 会将 Pod 调度到得分最高的 Node 上。如果存在多个得分最高的 Node，kube-scheduler 会从中随机选取一个。

本文主要对Kubernetes Scheduler做一个简单介绍，让大家理解 Pod 为什么会被调度到特定的 Node 上。

首先来看下Pod生命周期

调度示意图

Kubernetes Scheduler的任务是选择一个Pod放置到Node节点。放置是一组Pod对一组Node的部分非注入式分配。

调度是一个优化问题：首先，调度程序确定可行的放置节点集合，即满足一组给定约束的节点集合。然后，调度程序确定可行的节点集合，这是得分最高的可用节点的集合。

Kubernetes Scheduler是确保局部最优的多步调度程序，而不是确保全局最优的单步调度程序。

如下图所示，并不保证每个可用node都被分配到pod

Kubernetes Scheduler监视Kubernetes对象存储并选择具有最高优先级的未绑定Pod来执行调度步骤或抢占步骤。

调度步骤

对于给定的Pod，如果存在至少一个节点，则启用调度步骤，以使该节点可用于托管Pod。

如果启用了“调度步骤”，则调度程序会将Pod绑定到可行的节点，这样绑定将实现最高的生存能力。

如果未启用“调度步骤”，则调度程序将尝试执行抢占步骤。

抢占步骤

对于给定的Pod，如果存在至少一个节点，则启用抢占步骤，以便如果要删除绑定到该节点的优先级较低的Pod子集，则该节点可用于托管Pod。

如果启用了抢占步骤，则调度程序将触发删除绑定到一个节点的具有较低优先级的Pod子集，抢占步骤将造成最低的人员伤亡。

（造成的人员伤亡是根据Pod中断预算（PDB）违规情况进行评估的）

注意，调度程序不保证触发抢占步骤的Pod将在后续的调度步骤中绑定到该节点。

1、过滤器

对于每个Pod，Kubernetes Scheduler都会确定可行节点的集合，这是满足Pod约束的节点的集合。

从概念上讲，Kubernetes Scheduler定义了一组过滤器函数，这些过滤器函数在给定Pod和Node的情况下，确定Node是否满足Pod的约束。所有过滤器函数都必须对节点托管Pod产生true。

1.1 可调度性和生命周期阶段（Schedulability and Lifecycle）

此过滤器功能根据节点的可调度性和生命周期阶段认为该节点可行。节点条件是通过taints和tolerations考虑的（taints和tolerations后续再介绍）。

1.2 资源需求和资源可用性（Resource）

此过滤器功能根据Pod的资源要求和Node的资源可用性将Node视为可行。

1.3 节点选择器（Node Selector）

该过滤器功能根据Pod的节点选择器值和Node的标签值将Node视为可行。

1.4 Node Taints and Pod Tolerations

此筛选器功能根据Pod的污点的键值对和Node的Tolerations的键值对将Node视为可行。

1.5 亲和力（Required Affinity）

此过滤器功能根据Pod所需的Node Affinity条件，Pod Affinity条件和Pod Anti Affinity条件将Node视为可行。

Node Affinity

必须将Pod分配给Node，以使Node的标签与Pod的Node Affinity Requirements匹配。此外，不得将Pod分配给节点，以使节点的标签不符合Pod节点亲和性要求。
Pod Affinity

必须将Pod分配给一个节点，以使节点上至少有一个与TopologyKey匹配的Pod符合Pod的Pod相似性要求。
Pod Anti-Affinity

必须将Pod分配给节点，以使与TopologyKey匹配的节点上没有Pod符合Pod的Pod反亲和性要求。

2、可行性

对于每个Pod，Kubernetes Scheduler都会确定可行节点的集合，这是满足Pod约束的节点的集合。然后，Kubernetes Scheduler确定具有最高生存能力的可行节点集。

从概念上讲，Kubernetes Scheduler定义了一组评估函数，给定Pod和Node，它们确定Pod和Node对的生存能力。评分相加。

2.1 首选亲和力

此过滤器功能根据Pod的首选Node Affinity条款，Pod Affinity条款和Pod Anti Affinity条款对Node的生存能力进行评估。

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