《k8s-1.13版本源码分析》-抢占调度

源码分析系列文章已经开源到github,地址如下:

    • github:
      https://github.com/farmer-hutao/k8s-source-code-analysis

    • gitbook:
      https://farmer-hutao.github.io/k8s-source-code-analysis


 本文大纲

  • Pod priority
  • preempt 入口
  • preempt 实现
    • SchedulingQueue
      • FIFO
      • PriorityQueue
    • PodPreemptor
    • xx.Algorithm.Preempt
      • 接口定义
      • 整体流程
      • podEligibleToPreemptOthers
      • nodesWherePreemptionMightHelp
      • selectNodesForPreemption
      • pickOneNodeForPreemption
  • 小结

1. Pod priority

Pod 有了 priority(优先级) 后才有优先级调度、抢占调度的说法,高优先级的 pod 可以在调度队列中排到前面,优先选择 node;另外当高优先级的 pod 找不到合适的 node 时,就会看 node 上低优先级的 pod 驱逐之后是否能够 run 起来,如果可以,那么 node 上的一个或多个低优先级的 pod 会被驱逐,然后高优先级的 pod 得以成功运行1个 node 上。

今天我们分析 pod 抢占相关的代码。开始之前我们看一下和 priority 相关的2个示例配置文件:

PriorityClass 例子

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: high-priority
value: 1000000
globalDefault: false
description: "This priority class should be used for XYZ service pods only."

使用上述 PriorityClass

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  priorityClassName: high-priority

这两个文件的内容这里不解释,Pod priority 相关知识点不熟悉的小伙伴请先查阅官方文档,我们下面看调度器中和 preempt 相关的代码逻辑。

2. preempt 入口

pkg/scheduler/scheduler.go:513 scheduleOne()方法中我们上一次关注的是suggestedHost, err := sched.schedule(pod)这行代码,也就是关注通常情况下调度器如何给一个 pod 匹配一个最合适的 node. 今天我们来看如果这一行代码返回的 err != nil 情况下,如何开始 preempt 过程。

pkg/scheduler/scheduler.go:529

suggestedHost, err := sched.schedule(pod)
if err != nil {
   if fitError, ok := err.(*core.FitError); ok {
      preemptionStartTime := time.Now()
      sched.preempt(pod, fitError)
      metrics.PreemptionAttempts.Inc()
   } else {
      klog.Errorf("error selecting node for pod: %v", err)
      metrics.PodScheduleErrors.Inc()
   }
   return
}

schedule()函数没有返回 host,也就是没有找到合适的 node 的时候,就会出发 preempt 过程。这时候代码逻辑进入sched.preempt(pod, fitError)这一行。我们先看一下这个函数的整体逻辑,然后深入其中涉及的子过程:

pkg/scheduler/scheduler.go:311

func (sched *Scheduler) preempt(preemptor *v1.Pod, scheduleErr error) (string, error) {
    // 特性没有开启就返回 ""
    if !util.PodPriorityEnabled() || sched.config.DisablePreemption {
        return "", nil
    }
    // 更新 pod 信息;入参和返回值都是 *v1.Pod 类型
    preemptor, err := sched.config.PodPreemptor.GetUpdatedPod(preemptor)

    // preempt 过程,下文分析
    node, victims, nominatedPodsToClear, err := sched.config.Algorithm.Preempt(preemptor, sched.config.NodeLister, scheduleErr)

    var nodeName = ""
    if node != nil {
        nodeName = node.Name
        // 更新队列中“任命pod”队列
        sched.config.SchedulingQueue.UpdateNominatedPodForNode(preemptor, nodeName)

        // 设置pod的Status.NominatedNodeName
        err = sched.config.PodPreemptor.SetNominatedNodeName(preemptor, nodeName)
        if err != nil {
            // 如果出错就从 queue 中移除
            sched.config.SchedulingQueue.DeleteNominatedPodIfExists(preemptor)
            return "", err
        }

        for _, victim := range victims {
            // 将要驱逐的 pod 驱逐
            if err := sched.config.PodPreemptor.DeletePod(victim); err != nil {
                return "", err
            }
            sched.config.Recorder.Eventf(victim, v1.EventTypeNormal, "Preempted", "by %v/%v on node %v", preemptor.Namespace, preemptor.Name, nodeName)
        }
    }
    // Clearing nominated pods should happen outside of "if node != nil". 
    // 这个清理过程在上面的if外部,我们回头从 Preempt() 的实现去理解
    for _, p := range nominatedPodsToClear {
        rErr := sched.config.PodPreemptor.RemoveNominatedNodeName(p)
        if rErr != nil {
            klog.Errorf("Cannot remove nominated node annotation of pod: %v", rErr)
            // We do not return as this error is not critical.
        }
    }
    return nodeName, err
}

3. preempt 实现

上面 preempt() 函数中涉及到了一些值得深入看看的对象,下面我们逐个看一下这些对象的实现。

3.1. SchedulingQueue

SchedulingQueue 表示的是一个存储待调度 pod 的队列

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:60

type SchedulingQueue interface {
   Add(pod *v1.Pod) error
   AddIfNotPresent(pod *v1.Pod) error
   AddUnschedulableIfNotPresent(pod *v1.Pod) error
   Pop() (*v1.Pod, error)
   Update(oldPod, newPod *v1.Pod) error
   Delete(pod *v1.Pod) error
   MoveAllToActiveQueue()
   AssignedPodAdded(pod *v1.Pod)
   AssignedPodUpdated(pod *v1.Pod)
   NominatedPodsForNode(nodeName string) []*v1.Pod
   WaitingPods() []*v1.Pod
   Close()
   UpdateNominatedPodForNode(pod *v1.Pod, nodeName string)
   DeleteNominatedPodIfExists(pod *v1.Pod)
   NumUnschedulablePods() int
}

在 Scheduler 中 SchedulingQueue 接口对应两种实现:

  • FIFO 先进先出队列
  • PriorityQueue 优先级队列

3.1.1. FIFO

FIFO 结构是对 cache.FIFO 的简单包装,然后实现了 SchedulingQueue 接口。

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:97

type FIFO struct {
   *cache.FIFO
}

cache.FIFO定义在vendor/k8s.io/client-go/tools/cache/fifo.go:93,这个先进先出队列的细节先不讨论。

3.1.2. PriorityQueue

PriorityQueue 同样实现了 SchedulingQueue 接口,PriorityQueue 的顶是最高优先级的 pending pod. 这里的PriorityQueue 有2个子 queue,activeQ 放的是等待调度的 pod,unschedulableQ 放的是已经尝试过调度,然后失败了,被标记为 unschedulable 的 pod.

我们看一下 PriorityQueue 结构的定义:

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:201

type PriorityQueue struct {
   stop  <-chan struct{}
   clock util.Clock
   lock  sync.RWMutex
   cond  sync.Cond

   // heap 头节点存的是最高优先级的 pod
   activeQ *Heap
   // unschedulableQ holds pods that have been tried and determined unschedulable.
   unschedulableQ *UnschedulablePodsMap
   // 存储已经被指定好要跑在某个 node 的 pod
   nominatedPods *nominatedPodMap
   // 只要将 pod 从 unschedulableQ 移动到 activeQ,就设置为true;从 activeQ 中 pop 出来 pod的时候设置为 false. 这个字段表明一个 pod 在被调度的过程中是否接收到了队列 move 操作,如果发生了 move 操作,那么这个 pod 就算被认定为 unschedulable,也被放回到 activeQ.
   receivedMoveRequest bool
   closed bool
}

PriorityQueue 的方法比较好理解,我们看几个吧:

1、func (p *PriorityQueue) Add(pod *v1.Pod) error //在 active queue 中添加1个pod

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:276

func (p *PriorityQueue) Add(pod *v1.Pod) error {
   p.lock.Lock()
   defer p.lock.Unlock()
    // 直接在 activeQ 中添加 pod
   err := p.activeQ.Add(pod)
   if err != nil {
      klog.Errorf("Error adding pod %v/%v to the scheduling queue: %v", pod.Namespace, pod.Name, err)
   } else {
       // 如果在 unschedulableQ 中找到这个 pod,抛错误日志后移除队列中该 pod
      if p.unschedulableQ.get(pod) != nil {
         klog.Errorf("Error: pod %v/%v is already in the unschedulable queue.", pod.Namespace, pod.Name)
         p.unschedulableQ.delete(pod)
      }
       // 队列的 nominatedPods 属性中标记该 pod 不指定到任何 node
      p.nominatedPods.add(pod, "")
      p.cond.Broadcast()
   }
   return err
}

2、func (p *PriorityQueue) AddIfNotPresent(pod *v1.Pod) error//如果2个队列中都不存在该 pod,那么就添加到 active queue 中

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:295

func (p *PriorityQueue) AddIfNotPresent(pod *v1.Pod) error {
   p.lock.Lock()
   defer p.lock.Unlock()
    //如果队列 unschedulableQ 中有 pod,啥也不做
   if p.unschedulableQ.get(pod) != nil {
      return nil
   }
    //如果队列 activeQ 中有 pod,啥也不做
   if _, exists, _ := p.activeQ.Get(pod); exists {
      return nil
   }
    // 添加 pod 到 activeQ
   err := p.activeQ.Add(pod)
   if err != nil {
      klog.Errorf("Error adding pod %v/%v to the scheduling queue: %v", pod.Namespace, pod.Name, err)
   } else {
      p.nominatedPods.add(pod, "")
      p.cond.Broadcast()
   }
   return err
}

3、func (p *PriorityQueue) flushUnschedulableQLeftover()//刷新 unschedulableQ 中的 pod,如果一个 pod 的呆的时间超过了 durationStayUnschedulableQ,就移动到 activeQ 中

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:346

func (p *PriorityQueue) flushUnschedulableQLeftover() {
   p.lock.Lock()
   defer p.lock.Unlock()

   var podsToMove []*v1.Pod
   currentTime := p.clock.Now()
    // 遍历 unschedulableQ 中的 pod
   for _, pod := range p.unschedulableQ.pods {
      lastScheduleTime := podTimestamp(pod)
       // 这里的默认值是 60s,所以超过 60s 的 pod 将得到进入 activeQ 的机会
      if !lastScheduleTime.IsZero() && currentTime.Sub(lastScheduleTime.Time) > unschedulableQTimeInterval {
         podsToMove = append(podsToMove, pod)
      }
   }

   if len(podsToMove) > 0 {
       // 全部移到 activeQ 中,又有机会被调度了
      p.movePodsToActiveQueue(podsToMove)
   }
}

4、func (p *PriorityQueue) Pop() (*v1.Pod, error)//从 activeQ 中 pop 一个 pod

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:367

func (p *PriorityQueue) Pop() (*v1.Pod, error) {
   p.lock.Lock()
   defer p.lock.Unlock()
   for len(p.activeQ.data.queue) == 0 {
      // 当队列为空的时候会阻塞
      if p.closed {
         return nil, fmt.Errorf(queueClosed)
      }
      p.cond.Wait()
   }
   obj, err := p.activeQ.Pop()
   if err != nil {
      return nil, err
   }
   pod := obj.(*v1.Pod)
    // 标记 receivedMoveRequest 为 false,表示新的一次调度开始了
   p.receivedMoveRequest = false
   return pod, err
}

再看个别 PriorityQueue.nominatedPods 属性相关操作的方法,也就是 preempt() 函数中多次调用到的方法:

5、`func (p PriorityQueue) UpdateNominatedPodForNode(pod v1.Pod, nodeName string)`//pod 抢占的时候,确定一个 node 可以用于跑这个 pod 时,通过调用这个方法将 pod nominated 到 指定的 node 上。

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:567

func (p *PriorityQueue) UpdateNominatedPodForNode(pod *v1.Pod, nodeName string) {
   p.lock.Lock()
    //逻辑在这里面
   p.nominatedPods.add(pod, nodeName) 
   p.lock.Unlock()
}

先看 nominatedPods 属性的类型,这个类型用于存储 pods 被 nominate 到 nodes 的信息:

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:822

type nominatedPodMap struct {
   // key 是 node name,value 是 nominated 到这个 node 上的 pods
   nominatedPods map[string][]*v1.Pod
   // 和上面结构相反,key 是 pod 信息,值是 node 信息
   nominatedPodToNode map[ktypes.UID]string
}

在看一下add()方法的实现:

pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go:832

func (npm *nominatedPodMap) add(p *v1.Pod, nodeName string) {
   // 不管有没有,先删一下,防止重了
   npm.delete(p)

   nnn := nodeName
    // 如果传入的 nodeName 是 “”
   if len(nnn) == 0 {
       // 查询 pod 的 pod.Status.NominatedNodeName
      nnn = NominatedNodeName(p)
       // 如果 pod.Status.NominatedNodeName 也是 “”,return
      if len(nnn) == 0 {
         return
      }
   }
    // 逻辑到这里说明要么 nodeName 不为空字符串,要么 nodeName 为空字符串但是 pod 的 pod.Status.NominatedNodeName 不为空字符串,这时候开始下面的赋值
   npm.nominatedPodToNode[p.UID] = nnn
   for _, np := range npm.nominatedPods[nnn] {
      if np.UID == p.UID {
         klog.V(4).Infof("Pod %v/%v already exists in the nominated map!", p.Namespace, p.Name)
         return
      }
   }
   npm.nominatedPods[nnn] = append(npm.nominatedPods[nnn], p)
}

3.2. PodPreemptor

PodPreemptor 用来驱逐 pods 和更新 pod annotations.

pkg/scheduler/factory/factory.go:145

type PodPreemptor interface {
   GetUpdatedPod(pod *v1.Pod) (*v1.Pod, error)
   DeletePod(pod *v1.Pod) error
   SetNominatedNodeName(pod *v1.Pod, nominatedNode string) error
   RemoveNominatedNodeName(pod *v1.Pod) error
}

这个 interface 对应的实现类型是:

pkg/scheduler/factory/factory.go:1620

type podPreemptor struct {
   Client clientset.Interface
}

这个类型绑定了4个方法:

pkg/scheduler/factory/factory.go:1624

// 新获取一次 pod 的信息
func (p *podPreemptor) GetUpdatedPod(pod *v1.Pod) (*v1.Pod, error) {
   return p.Client.CoreV1().Pods(pod.Namespace).Get(pod.Name, metav1.GetOptions{})
}

// 删除一个 pod
func (p *podPreemptor) DeletePod(pod *v1.Pod) error {
   return p.Client.CoreV1().Pods(pod.Namespace).Delete(pod.Name, &metav1.DeleteOptions{})
}

// 设置pod.Status.NominatedNodeName 为指定的 node name
func (p *podPreemptor) SetNominatedNodeName(pod *v1.Pod, nominatedNodeName string) error {
   podCopy := pod.DeepCopy()
   podCopy.Status.NominatedNodeName = nominatedNodeName
   _, err := p.Client.CoreV1().Pods(pod.Namespace).UpdateStatus(podCopy)
   return err
}

// 清空 pod.Status.NominatedNodeName
func (p *podPreemptor) RemoveNominatedNodeName(pod *v1.Pod) error {
   if len(pod.Status.NominatedNodeName) == 0 {
      return nil
   }
   return p.SetNominatedNodeName(pod, "")
}

3.3. xx.Algorithm.Preempt

3.3.1. 接口定义

我们回到挺久之前讲常规调度过程的时候提过的一个接口:

pkg/scheduler/algorithm/scheduler_interface.go:78

type ScheduleAlgorithm interface {
   Schedule(*v1.Pod, NodeLister) (selectedMachine string, err error)
   // Preempt 在 pod 调度发生失败的时候尝试抢占低优先级的 pod.
   // 返回发生 preemption 的 node, 被 preempt的 pods 列表, 
   // nominated node name 需要被移除的 pods 列表,一个 error 信息.
   Preempt(*v1.Pod, NodeLister, error) (selectedNode *v1.Node, preemptedPods []*v1.Pod, cleanupNominatedPods []*v1.Pod, err error)

   Predicates() map[string]FitPredicate
   Prioritizers() []PriorityConfig
}

这个接口上次我们讲到的时候关注了Schedule()Predicates()Prioritizers(),这次来看Preempt()是怎么实现的。

3.3.2. 整体流程

Preempt()同样由genericScheduler类型(pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:98)实现,方法前的一大串英文注释先来理解一下:

  • Preempt 寻找一个在发生抢占之后能够成功调度“pod”的node.
  • Preempt 选择一个 node 然后抢占上面的 pods 资源,返回:
    • 这个 node 信息
    • 被抢占的 pods 信息
    • nominated node name 需要被清理的 node 列表
    • 可能有的 error
  • Preempt 过程不涉及快照更新(快照的逻辑以后再讲)
  • 避免出现这种情况:preempt 发现一个不需要驱逐任何 pods 就能够跑“pod”的 node.
  • 当有很多 pending pods 在调度队列中的时候,a nominated pod 会排到队列中相同优先级的 pod 后面.
  • The nominated pod 会阻止其他 pods 使用“指定”的资源,哪怕花费了很多时间来等待其他 pending 的 pod.

我们先过整体流程,然后逐个分析子流程调用:

pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:251

func (g *genericScheduler) Preempt(pod *v1.Pod, nodeLister algorithm.NodeLister, scheduleErr error) (*v1.Node, []*v1.Pod, []*v1.Pod, error) {
   // 省略几行
   // 判断执行驱逐操作是否合适
   if !podEligibleToPreemptOthers(pod, g.cachedNodeInfoMap) {
      klog.V(5).Infof("Pod %v/%v is not eligible for more preemption.", pod.Namespace, pod.Name)
      return nil, nil, nil, nil
   }
    // 所有的 nodes
   allNodes, err := nodeLister.List()
   if err != nil {
      return nil, nil, nil, err
   }
   if len(allNodes) == 0 {
      return nil, nil, nil, ErrNoNodesAvailable
   }
    // 计算潜在的执行驱逐后能够用于跑 pod 的 nodes
   potentialNodes := nodesWherePreemptionMightHelp(allNodes, fitError.FailedPredicates)
   if len(potentialNodes) == 0 {
      klog.V(3).Infof("Preemption will not help schedule pod %v/%v on any node.", pod.Namespace, pod.Name)
      // In this case, we should clean-up any existing nominated node name of the pod.
      return nil, nil, []*v1.Pod{pod}, nil
   }
    // 列出 pdb 对象
   pdbs, err := g.pdbLister.List(labels.Everything())
   if err != nil {
      return nil, nil, nil, err
   }
    // 计算所有 node 需要驱逐的 pods 有哪些等,后面细讲
   nodeToVictims, err := selectNodesForPreemption(pod, g.cachedNodeInfoMap, potentialNodes, g.predicates,
      g.predicateMetaProducer, g.schedulingQueue, pdbs)
   if err != nil {
      return nil, nil, nil, err
   }

   // 拓展调度的逻辑
   nodeToVictims, err = g.processPreemptionWithExtenders(pod, nodeToVictims)
   if err != nil {
      return nil, nil, nil, err
   }

    // 选择1个 node 用于 schedule
   candidateNode := pickOneNodeForPreemption(nodeToVictims)
   if candidateNode == nil {
      return nil, nil, nil, err
   }

    // 低优先级的被 nominate 到这个 node 的 pod 很可能已经不再 fit 这个 node 了,所以
    // 需要移除这些 pod 的 nomination,更新这些 pod,挪动到 activeQ 中,让调度器
    // 得以寻找另外一个 node 给这些 pod
   nominatedPods := g.getLowerPriorityNominatedPods(pod, candidateNode.Name)
   if nodeInfo, ok := g.cachedNodeInfoMap[candidateNode.Name]; ok {
      return nodeInfo.Node(), nodeToVictims[candidateNode].Pods, nominatedPods, err
   }

   return nil, nil, nil, fmt.Errorf(
      "preemption failed: the target node %s has been deleted from scheduler cache",
      candidateNode.Name)
}

上面涉及到一些子过程调用,我们逐个来看~

  1. podEligibleToPreemptOthers() // 如何判断是否适合抢占?
  2. nodesWherePreemptionMightHelp() // 怎么寻找能够用于 preempt 的 nodes?
  3. selectNodesForPreemption() // 这个过程计算的是什么?
  4. pickOneNodeForPreemption() // 怎么从选择最合适被抢占的 node?

3.3.3. podEligibleToPreemptOthers

  • podEligibleToPreemptOthers 做的事情是判断一个 pod 是否应该去抢占其他 pods. 如果这个 pod 已经抢占过其他 pods,那些 pods 还在 graceful termination period 中,那就不应该再次发生抢占。
  • 如果一个 node 已经被这个 pod nominated,并且这个 node 上有处于 terminating 状态的 pods,那么就不考虑驱逐更多的 pods.

这个函数逻辑很简单,我们直接看源码:

pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:1110

func podEligibleToPreemptOthers(pod *v1.Pod, nodeNameToInfo map[string]*schedulercache.NodeInfo) bool {
   nomNodeName := pod.Status.NominatedNodeName
    // 如果 pod.Status.NominatedNodeName 不是空字符串
   if len(nomNodeName) > 0 {
       // 被 nominate 的 node
      if nodeInfo, found := nodeNameToInfo[nomNodeName]; found {
         for _, p := range nodeInfo.Pods() {
             // 有低优先级的 pod 处于删除中状态,就返回 false
            if p.DeletionTimestamp != nil && util.GetPodPriority(p) < util.GetPodPriority(pod) {
               // There is a terminating pod on the nominated node.
               return false
            }
         }
      }
   }
   return true
}

3.3.4. nodesWherePreemptionMightHelp

nodesWherePreemptionMightHelp 要做的事情是寻找 predicates 阶段失败但是通过抢占也许能够调度成功的 nodes.

这个函数也不怎么长,看下代码:

pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:1060

func nodesWherePreemptionMightHelp(nodes []*v1.Node, failedPredicatesMap FailedPredicateMap) []*v1.Node {
    // 潜力 node, 用于存储返回值的 slice
   potentialNodes := []*v1.Node{}
   for _, node := range nodes {
       // 这个为 true 表示一个 node 驱逐 pod 也不一定能适合当前 pod 运行
      unresolvableReasonExist := false
       // 一个 node 对应的所有失败的 predicates
      failedPredicates, _ := failedPredicatesMap[node.Name]
      // 遍历,看是不是再下面指定的这些原因中,如果在,就标记 unresolvableReasonExist = true
      for _, failedPredicate := range failedPredicates {
         switch failedPredicate {
         case
            predicates.ErrNodeSelectorNotMatch,
            predicates.ErrPodAffinityRulesNotMatch,
            predicates.ErrPodNotMatchHostName,
            predicates.ErrTaintsTolerationsNotMatch,
            predicates.ErrNodeLabelPresenceViolated,
            predicates.ErrNodeNotReady,
            predicates.ErrNodeNetworkUnavailable,
            predicates.ErrNodeUnderDiskPressure,
            predicates.ErrNodeUnderPIDPressure,
            predicates.ErrNodeUnderMemoryPressure,
            predicates.ErrNodeOutOfDisk,
            predicates.ErrNodeUnschedulable,
            predicates.ErrNodeUnknownCondition,
            predicates.ErrVolumeZoneConflict,
            predicates.ErrVolumeNodeConflict,
            predicates.ErrVolumeBindConflict:
            unresolvableReasonExist = true
             // 如果找到一个上述失败原因,说明这个 node 已经可以排除了,break 后继续下一个 node 的计算
            break
         }
      }
       // false 的时候,也就是这个 node 也许驱逐 pods 后有用,那就添加到 potentialNodes 中
      if !unresolvableReasonExist {
         klog.V(3).Infof("Node %v is a potential node for preemption.", node.Name)
         potentialNodes = append(potentialNodes, node)
      }
   }
   return potentialNodes
}

3.3.5. selectNodesForPreemption

这个函数会并发计算所有的 nodes 是否通过驱逐实现 pod 抢占。

看这个函数内容之前我们先看一下返回值的类型:

map[*v1.Node]*schedulerapi.Victims 的 key 很好理解,value 是啥呢:

type Victims struct {
   Pods             []*v1.Pod
   NumPDBViolations int
}

这里的 Pods 是被选中准备要驱逐的;NumPDBViolations 表示的是要破坏多少个 PDB 限制。这里肯定也就是要尽量符合 PDB 要求,能不和 PDB 冲突就不冲突。

然后看一下这个函数的整体过程:

pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:895

func selectNodesForPreemption(pod *v1.Pod,
   nodeNameToInfo map[string]*schedulercache.NodeInfo,
   potentialNodes []*v1.Node, // 上一个函数计算出来的 nodes
   predicates map[string]algorithm.FitPredicate,
   metadataProducer algorithm.PredicateMetadataProducer,
   queue internalqueue.SchedulingQueue, // 这里其实是前面讲的优先级队列 PriorityQueue
   pdbs []*policy.PodDisruptionBudget, // pdb 列表
) (map[*v1.Node]*schedulerapi.Victims, error) { 
   nodeToVictims := map[*v1.Node]*schedulerapi.Victims{}
   var resultLock sync.Mutex

   // We can use the same metadata producer for all nodes.
   meta := metadataProducer(pod, nodeNameToInfo)
    // 这种形式的并发已经不陌生了,前面遇到过几次了
   checkNode := func(i int) {
      nodeName := potentialNodes[i].Name
      var metaCopy algorithm.PredicateMetadata
      if meta != nil {
         metaCopy = meta.ShallowCopy()
      }
       // 这里有一个子过程调用,下面单独介绍
      pods, numPDBViolations, fits := selectVictimsOnNode(pod, metaCopy, nodeNameToInfo[nodeName], predicates, queue, pdbs)
      if fits {
         resultLock.Lock()
         victims := schedulerapi.Victims{
            Pods:             pods,
            NumPDBViolations: numPDBViolations,
         }
          // 如果 fit,就添加到 nodeToVictims 中,也就是最后的返回值
         nodeToVictims[potentialNodes[i]] = &victims
         resultLock.Unlock()
      }
   }
   workqueue.ParallelizeUntil(context.TODO(), 16, len(potentialNodes), checkNode)
   return nodeToVictims, nil
}

上面这个函数的核心逻辑在 selectVictimsOnNode 中,这个函数尝试在给定的 node 中寻找最少数量的需要被驱逐的 pods,同时需要保证驱逐了这些 pods 之后,这个 noode 能够满足“pod”运行需求。

这些被驱逐的 pods 计算同时需要满足一个约束,就是能够删除低优先级的 pod 绝不先删高优先级的 pod.

这个算法首选计算当这个 node 上所有的低优先级 pods 被驱逐之后能否调度“pod”. 如果可以,那就按照优先级排序,根据 PDB 是否破坏分成两组,一组是影响 PDB 限制的,另外一组是不影响 PDB. 两组各自按照优先级排序。然后开始逐渐释放影响 PDB 的 group 中的 pod,然后逐渐释放不影响 PDB 的 group 中的 pod,在这个过程中要保持“pod”能够 fit 这个 node. 也就是说一旦放过某一个 pod 导致“pod”不 fit 这个 node 了,那就说明这个 pod 不能放过,也就是意味着已经找到了最少 pods 集。

看一下具体的实现吧:

FILENAME pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:983

func selectVictimsOnNode(
   pod *v1.Pod,
   meta algorithm.PredicateMetadata,
   nodeInfo *schedulercache.NodeInfo,
   fitPredicates map[string]algorithm.FitPredicate,
   queue internalqueue.SchedulingQueue,
   pdbs []*policy.PodDisruptionBudget,
) ([]*v1.Pod, int, bool) {
   if nodeInfo == nil {
      return nil, 0, false
   }
    // 排个序
   potentialVictims := util.SortableList{CompFunc: util.HigherPriorityPod}
   nodeInfoCopy := nodeInfo.Clone()

    // 定义删除 pod 函数
   removePod := func(rp *v1.Pod) {
      nodeInfoCopy.RemovePod(rp)
      if meta != nil {
         meta.RemovePod(rp)
      }
   }
    // 定义添加 pod 函数
   addPod := func(ap *v1.Pod) {
      nodeInfoCopy.AddPod(ap)
      if meta != nil {
         meta.AddPod(ap, nodeInfoCopy)
      }
   }
   // 删除所有的低优先级 pod 看是不是能够满足调度需求了
   podPriority := util.GetPodPriority(pod)
   for _, p := range nodeInfoCopy.Pods() {
      if util.GetPodPriority(p) < podPriority {
          // 删除的意思其实就是添加元素到 potentialVictims.Items
         potentialVictims.Items = append(potentialVictims.Items, p)
         removePod(p)
      }
   }
    // 排个序
   potentialVictims.Sort()
   // 如果删除了所有的低优先级 pods 之后还不能跑这个新 pod,那么差不多就可以判断这个 node 不适合 preemption 了,还有一点点需要考虑的是这个“pod”的不 fit 的原因是由于 pod affinity 不满足了。
    // 后续可能会增加当前 pod 和低优先级 pod 之间的 优先级检查。

    // 这个函数调用其实就是之前讲到过的预选函数的调用逻辑,判断这个 pod 是否合适跑在这个 node 上。
   if fits, _, err := podFitsOnNode(pod, meta, nodeInfoCopy, fitPredicates, nil, queue, false, nil); !fits {
      if err != nil {
         klog.Warningf("Encountered error while selecting victims on node %v: %v", nodeInfo.Node().Name, err)
      }
      return nil, 0, false
   }
   var victims []*v1.Pod
   numViolatingVictim := 0
   // 尝试尽量多地释放这些 pods,也就是说能少杀就少杀;这里先从 PDB violating victims 中释放,再从 PDB non-violating victims 中释放;两个组都是从高优先级的 pod 开始释放。
   violatingVictims, nonViolatingVictims := filterPodsWithPDBViolation(potentialVictims.Items, pdbs)
    // 释放 pods 的函数,来一个放一个
   reprievePod := func(p *v1.Pod) bool {
      addPod(p)
      fits, _, _ := podFitsOnNode(pod, meta, nodeInfoCopy, fitPredicates, nil, queue, false, nil)
      if !fits {
         removePod(p)
         victims = append(victims, p)
         klog.V(5).Infof("Pod %v is a potential preemption victim on node %v.", p.Name, nodeInfo.Node().Name)
      }
      return fits
   }
    // 释放 violatingVictims 中元素的同时会记录放了多少个
   for _, p := range violatingVictims {
      if !reprievePod(p) {
         numViolatingVictim++
      }
   }
   // 开始释放 non-violating victims.
   for _, p := range nonViolatingVictims {
      reprievePod(p)
   }
   return victims, numViolatingVictim, true
}

3.3.6. pickOneNodeForPreemption

pickOneNodeForPreemption 要从给定的 nodes 中选择一个 node,这个函数假设给定的 map 中 value 部分是以 priority 降序排列的。这里选择 node 的标准是:

  1. 最少的 PDB violations
  2. 最少的高优先级 victim
  3. 优先级总数字最小
  4. victim 总数最小
  5. 直接返回第一个

pkg/scheduler/core/generic_scheduler.go:788

func pickOneNodeForPreemption(nodesToVictims map[*v1.Node]*schedulerapi.Victims) *v1.Node {
   if len(nodesToVictims) == 0 {
      return nil
   }
    // 初始化为最大值
   minNumPDBViolatingPods := math.MaxInt32
   var minNodes1 []*v1.Node
   lenNodes1 := 0
    // 这个循环要找到 PDBViolatingPods 最少的 node,如果有多个,就全部存在 minNodes1 中
   for node, victims := range nodesToVictims {
      if len(victims.Pods) == 0 {
         // 如果发现一个不需要驱逐 pod 的 node,马上返回
         return node
      }
      numPDBViolatingPods := victims.NumPDBViolations
      if numPDBViolatingPods < minNumPDBViolatingPods {
         minNumPDBViolatingPods = numPDBViolatingPods
         minNodes1 = nil
         lenNodes1 = 0
      }
      if numPDBViolatingPods == minNumPDBViolatingPods {
         minNodes1 = append(minNodes1, node)
         lenNodes1++
      }
   }
    // 如果只找到1个 PDB violations 最少的 node,那就直接返回这个 node 就 ok 了
   if lenNodes1 == 1 {
      return minNodes1[0]
   }

   // 还剩下多个 node,那就寻找 highest priority victim 最小的 node
   minHighestPriority := int32(math.MaxInt32)
   var minNodes2 = make([]*v1.Node, lenNodes1)
   lenNodes2 := 0
    // 这个循环要做的事情是看2个 node 上 victims 中最高优先级的 pod 哪个优先级更高
   for i := 0; i < lenNodes1; i++ {
      node := minNodes1[i]
      victims := nodesToVictims[node]
      // highestPodPriority is the highest priority among the victims on this node.
      highestPodPriority := util.GetPodPriority(victims.Pods[0])
      if highestPodPriority < minHighestPriority {
         minHighestPriority = highestPodPriority
         lenNodes2 = 0
      }
      if highestPodPriority == minHighestPriority {
         minNodes2[lenNodes2] = node
         lenNodes2++
      }
   }
    // 发现只有1个,那就直接返回
   if lenNodes2 == 1 {
      return minNodes2[0]
   }

   // 这时候还没有抉择出一个 node,那就开始计算优先级总和了,看哪个更低
   minSumPriorities := int64(math.MaxInt64)
   lenNodes1 = 0
   for i := 0; i < lenNodes2; i++ {
      var sumPriorities int64
      node := minNodes2[i]
      for _, pod := range nodesToVictims[node].Pods {
         // 这里的累加考虑到了先把优先级搞成正数。不然会出现1个 node 上有1优先级为 -3 的 pod,另外一个 node 上有2个优先级为 -3 的 pod,结果 -3>-6,有2个 pod 的 node 反而被认为总优先级更低!
         sumPriorities += int64(util.GetPodPriority(pod)) + int64(math.MaxInt32+1)
      }
      if sumPriorities < minSumPriorities {
         minSumPriorities = sumPriorities
         lenNodes1 = 0
      }
      if sumPriorities == minSumPriorities {
         minNodes1[lenNodes1] = node
         lenNodes1++
      }
   }
   if lenNodes1 == 1 {
      return minNodes1[0]
   }

   // 还是没有分出胜负,于是开始用 pod 总数做比较
   minNumPods := math.MaxInt32
   lenNodes2 = 0
   for i := 0; i < lenNodes1; i++ {
      node := minNodes1[i]
      numPods := len(nodesToVictims[node].Pods)
      if numPods < minNumPods {
         minNumPods = numPods
         lenNodes2 = 0
      }
      if numPods == minNumPods {
         minNodes2[lenNodes2] = node
         lenNodes2++
      }
   }
   // 还是没有区分出来1个 node 的话,只能放弃区分了,直接返回第一个结果
   if lenNodes2 > 0 {
      return minNodes2[0]
   }
   klog.Errorf("Error in logic of node scoring for preemption. We should never reach here!")
   return nil
}

4. 小结

咋个说呢,此处应该有总结的,抢占过程的逻辑比我想象中的复杂,设计很巧妙,行云流水,大快人心!preemption 可以简单说成再预选->再优选吧;还是不多说了,一天写这么多有点坐不住了,下回再继续聊调度器~

posted @ 2019-03-29 21:05  CloudGeek  阅读(...)  评论(...编辑  收藏