调度器

调度概览

kube-scheduler

kube-scheduler 调度流程

调度框架

框架工作流程

调度周期和绑定周期

扩展点

队列排序

PreFilter

Filter

PostFilter

PreScore

Score

NormalizeScore

Reserve

Permit

PreBind

Bind

PostBind

Unreserve

插件 API

插件配置

调度器

在 Kubernetes 中，调度是指将 Pod 放置到合适的节点上，以便对应节点上的 Kubelet 能够运行这些 Pod。

调度概览

调度器通过 Kubernetes 的监测（Watch）机制来发现集群中新创建且尚未被调度到节点上的 Pod。调度器会将所发现的每一个未调度的 Pod 调度到一个合适的节点上来运行。调度器会依据下文的调度原则来做出调度选择。

如果你想要理解 Pod 为什么会被调度到特定的节点上，或者你想要尝试实现一个自定义的调度器，这篇文章将帮助你了解调度。

kube-scheduler

kube-scheduler 是 Kubernetes 集群的默认调度器，并且是集群控制面的一部分。如果你真得希望或者有这方面的需求，kube-scheduler 在设计上允许你自己编写一个调度组件并替换原有的 kube-scheduler。

Kube-scheduler 选择一个最佳节点来运行新创建的或尚未调度（unscheduled）的 Pod。由于 Pod 中的容器和 Pod 本身可能有不同的要求，调度程序会过滤掉任何不满足 Pod 特定调度需求的节点。或者，API 允许你在创建 Pod 时为它指定一个节点，但这并不常见，并且仅在特殊情况下才会这样做。

在一个集群中，满足一个 Pod 调度请求的所有节点称之为 可调度节点。如果没有任何一个节点能满足 Pod 的资源请求，那么这个 Pod 将一直停留在未调度状态直到调度器能够找到合适的 Node。

调度器先在集群中找到一个 Pod 的所有可调度节点，然后根据一系列函数对这些可调度节点打分，选出其中得分最高的节点来运行 Pod。之后，调度器将这个调度决定通知给 kube-apiserver，这个过程叫做绑定。

在做调度决定时需要考虑的因素包括：单独和整体的资源请求、硬件/软件/策略限制、亲和以及反亲和要求、数据局部性、负载间的干扰等等。

kube-scheduler 调度流程

kube-scheduler 给一个 Pod 做调度选择时包含两个步骤：

过滤
打分

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

在打分阶段，调度器会为 Pod 从所有可调度节点中选取一个最合适的节点。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 调度到得分最高的节点上。如果存在多个得分最高的节点，kube-scheduler 会从中随机选取一个。支持以下两种方式配置调度器的过滤和打分行为：

调度策略允许你配置过滤所用的 断言（Predicates） 和打分所用的 优先级（Priorities）。
调度配置允许你配置实现不同调度阶段的插件，包括：QueueSort、Filter、Score、Bind、Reserve、Permit 等等。你也可以配置 kube-scheduler 运行不同的配置文件。

调度框架

特性状态： Kubernetes 1.19 [stable]

调度框架是面向 Kubernetes 调度器的一种插件架构，它为现有的调度器添加了一组新的“插件” API。插件会被编译到调度器之中。这些 API 允许大多数调度功能以插件的形式实现，同时使调度“核心”保持简单且可维护。请参考调度框架的设计提案获取框架设计的更多技术信息。

框架工作流程

调度框架定义了一些扩展点。调度器插件注册后在一个或多个扩展点处被调用。这些插件中的一些可以改变调度决策，而另一些仅用于提供信息。

每次调度一个 Pod 的尝试都分为两个阶段，即 调度周期 和 绑定周期。

调度周期和绑定周期

调度周期为 Pod 选择一个节点，绑定周期将该决策应用于集群。调度周期和绑定周期一起被称为“调度上下文”。

调度周期是串行运行的，而绑定周期可能是同时运行的。

如果确定 Pod 不可调度或者存在内部错误，则可以终止调度周期或绑定周期。 Pod 将返回队列并重试。

扩展点

下图显示了一个 Pod 的调度上下文以及调度框架公开的扩展点。在此图片中，“过滤器”等同于“断言”，“评分”相当于“优先级函数”。

一个插件可以在多个扩展点处注册，以执行更复杂或有状态的任务。

调度框架扩展点

队列排序

这些插件用于对调度队列中的 Pod 进行排序。队列排序插件本质上提供 less(Pod1, Pod2) 函数。一次只能启动一个队列插件。

PreFilter

这些插件用于预处理 Pod 的相关信息，或者检查集群或 Pod 必须满足的某些条件。如果 PreFilter 插件返回错误，则调度周期将终止。

Filter

这些插件用于过滤出不能运行该 Pod 的节点。对于每个节点，调度器将按照其配置顺序调用这些过滤插件。如果任何过滤插件将节点标记为不可行，则不会为该节点调用剩下的过滤插件。节点可以被同时进行评估。

PostFilter

这些插件在 Filter 阶段后调用，但仅在该 Pod 没有可行的节点时调用。插件按其配置的顺序调用。如果任何 PostFilter 插件标记节点为“Schedulable”，则其余的插件不会调用。典型的 PostFilter 实现是抢占，试图通过抢占其他 Pod 的资源使该 Pod 可以调度。

PreScore

这些插件用于执行 “前置评分（pre-scoring）” 工作，即生成一个可共享状态供 Score 插件使用。如果 PreScore 插件返回错误，则调度周期将终止。

Score

这些插件用于对通过过滤阶段的节点进行排序。调度器将为每个节点调用每个评分插件。将有一个定义明确的整数范围，代表最小和最大分数。在标准化评分阶段之后，调度器将根据配置的插件权重合并所有插件的节点分数。

NormalizeScore

这些插件用于在调度器计算 Node 排名之前修改分数。在此扩展点注册的插件被调用时会使用同一插件的 Score 结果。每个插件在每个调度周期调用一次。

例如，假设一个 BlinkingLightScorer 插件基于具有的闪烁指示灯数量来对节点进行排名。

func ScoreNode(_ *v1.pod, n *v1.Node) (int, error) {
   return getBlinkingLightCount(n)
}

然而，最大的闪烁灯个数值可能比 NodeScoreMax 小。要解决这个问题， BlinkingLightScorer 插件还应该注册该扩展点。

func NormalizeScores(scores map[string]int) {
   highest := 0
   for _, score := range scores {
      highest = max(highest, score)
   }
   for node, score := range scores {
      scores[node] = score*NodeScoreMax/highest
   }
}

如果任何 NormalizeScore 插件返回错误，则调度阶段将终止。

说明： 希望执行“预保留”工作的插件应该使用 NormalizeScore 扩展点。

Reserve

Reserve 是一个信息性的扩展点。管理运行时状态的插件（也成为“有状态插件”）应该使用此扩展点，以便调度器在节点给指定 Pod 预留了资源时能够通知该插件。这是在调度器真正将 Pod 绑定到节点之前发生的，并且它存在是为了防止在调度器等待绑定成功时发生竞争情况。

这个是调度周期的最后一步。一旦 Pod 处于保留状态，它将在绑定周期结束时触发 Unreserve 插件（失败时）或 PostBind 插件（成功时）。

Permit

Permit 插件在每个 Pod 调度周期的最后调用，用于防止或延迟 Pod 的绑定。一个允许插件可以做以下三件事之一：

批准
一旦所有 Permit 插件批准 Pod 后，该 Pod 将被发送以进行绑定。

拒绝
如果任何 Permit 插件拒绝 Pod，则该 Pod 将被返回到调度队列。这将触发Unreserve 插件。

等待（带有超时）
如果一个 Permit 插件返回 “等待” 结果，则 Pod 将保持在一个内部的 “等待中” 的 Pod 列表，同时该 Pod 的绑定周期启动时即直接阻塞直到得到批准。如果超时发生，等待变成拒绝，并且 Pod 将返回调度队列，从而触发 Unreserve 插件。

说明： 尽管任何插件可以访问 “等待中” 状态的 Pod 列表并批准它们 (查看 FrameworkHandle)。我们期望只有允许插件可以批准处于 “等待中” 状态的预留 Pod 的绑定。一旦 Pod 被批准了，它将发送到 PreBind 阶段。

PreBind

这些插件用于执行 Pod 绑定前所需的所有工作。例如，一个 PreBind 插件可能需要制备网络卷并且在允许 Pod 运行在该节点之前将其挂载到目标节点上。

如果任何 PreBind 插件返回错误，则 Pod 将被拒绝并且退回到调度队列中。

Bind

Bind 插件用于将 Pod 绑定到节点上。直到所有的 PreBind 插件都完成，Bind 插件才会被调用。各 Bind 插件按照配置顺序被调用。Bind 插件可以选择是否处理指定的 Pod。如果某 Bind 插件选择处理某 Pod，剩余的 Bind 插件将被跳过。

PostBind

这是个信息性的扩展点。 PostBind 插件在 Pod 成功绑定后被调用。这是绑定周期的结尾，可用于清理相关的资源。

Unreserve

这是个信息性的扩展点。如果 Pod 被保留，然后在后面的阶段中被拒绝，则 Unreserve 插件将被通知。 Unreserve 插件应该清楚保留 Pod 的相关状态。

使用此扩展点的插件通常也使用 Reserve。

插件 API

插件 API 分为两个步骤。首先，插件必须完成注册并配置，然后才能使用扩展点接口。扩展点接口具有以下形式。

type Plugin interface {
   Name() string
}

type QueueSortPlugin interface {
   Plugin
   Less(*v1.pod, *v1.pod) bool
}

type PreFilterPlugin interface {
   Plugin
   PreFilter(context.Context, *framework.CycleState, *v1.pod) error
}

// ...