当一个 Pod 被调度时,Kubernetes 内部发生了什么?

在 Kubernetes 中,调度是指将 Pod 放置到合适的 Node 上,然后对应 Node 上的 Kubelet 才能够运行这些 Pod 。

kube-scheduler 是集群控制平面的主要组件之一。Kubernetes 通过它来决定如何调度集群中的 Pod。它会使用基于预选(断言 predicate)和基于优选(优先级 priority)的评分算法,根据集群中的约束以及用户指定的约束来优化资源。

预选(过滤)

kube-scheduler 首先使用预选函数来制定调度策略,决定 Pod 可以在哪些节点上进行调度。它意味着一个硬性约束条件,因此函数的返回值为布尔值。例如,一个 Pod 请求 10GB 的内存,而节点 A 的配置为 8 GB,那么节点 A 将返回 false 并从 Pod 的候选调度节点中剔除。另一个例子是节点 B 被集群管理员执行了 kubectl cordon node-b,被标记节点为不可调度,它也将会被调度决策直接剔除。

调度程序会根据限制条件和复杂性依次进行以下预选检查,检查顺序存储在一个名为 predicatesOrdering (顺序断言)的切片中:

var predicateOrdering = []string{
	CheckNodeUnschedulablePred,
	GeneralPred, HostNamePred, PodFitsHostPortsPred,
	MatchNodeSelectorPred, PodFitsResourcesPred, NoDiskConflictPred,
	PodToleratesNodeTaintsPred, CheckNodeLabelPresencePred,
	CheckServiceAffinityPred, MaxEBSVolumeCountPred, MaxGCEPDVolumeCountPred, MaxCSIVolumeCountPred,
	MaxAzureDiskVolumeCountPred, MaxCinderVolumeCountPred, CheckVolumeBindingPred, NoVolumeZoneConflictPred,
	EvenPodsSpreadPred, MatchInterPodAffinityPred,
}
  • CheckNodeUnschedulablePred:检查节点是否可调度;
  • GeneralPred:一般性检测,如检测资源是否充足,Pod 的 Host、Port、Selector 是否匹配;
  • HostNamePred:检测 Pod 指定的 Node 名称是否和 Node 名称相同;
  • PodFitsHostPortsPred:检查 Pod 请求的端口(网络协议类型)在节点上是否可用;
  • MatchNodeSelectorPred:检测是否匹配 NodeSelector 节点选择器的设置;
  • PodFitsResourcesPred:检查节点的空闲资源(例如,CPU 和内存)是否满足 Pod 的要求;
  • NoDiskConflictPred:根据 Pod 请求的卷是否在节点上已经挂载,评估 Pod 和节点是否匹配;
  • PodToleratesNodeTaintsPred:检查 Pod 的容忍是否能容忍节点的污点;
  • CheckNodeLabelPresencePred:检测 NodeLabel 是否存在;
  • CheckServiceAffinityPred:检测服务的亲和;
  • MaxEBSVolumeCountPred:已废弃,检测 Volume 数量是否超过云服务商 AWS 的存储服务的配置限制;
  • MaxGCEPDVolumeCountPred:已废弃,检测 Volume 数量是否是否超过云服务商 Google Cloud 的存储服务的配置限制;
  • MaxCSIVolumeCountPred:Pod 附加 CSI 卷的数量,判断是否超过配置的限制;
  • MaxAzureDiskVolumeCountPred:已废弃,检测 Volume 数量是否超过云服务商 Azure 的存储服务的配置限制;
  • MaxCinderVolumeCountPred:已废弃,检测 Volume 数量是否超过云服务商 OpenStack 的存储服务的配置限制;
  • CheckVolumeBindingPred,:基于 Pod 的卷请求,评估 Pod 是否适合节点,这里的卷包括绑定的和未绑定的 PVC 都适用;
  • NoVolumeZoneConflictPred:给定该存储的故障区域限制, 评估 Pod 请求的卷在节点上是否可用;
  • EvenPodsSpreadPred:检测 Node 是否满足拓扑传播限制;
  • MatchInterPodAffinityPred:检测是否匹配 Pod 的亲和与反亲和的设置;

可以看出,Kubernetes 正在逐步移除某个具体云服务商的服务的相关代码,而使用接口(Interface)来扩展功能。

优选(打分)

预选通过返回 true 或者 false 来表示节点是否参与调度,而优选则是根据优先级的相对值对所有可调度节点进行排名,以下是为节点评分的优先级列表:

  • EqualPriority:给予所有节点相等的权重;
  • MostRequestedPriority:支持最多请求资源的节点。 该策略将 Pod 调度到整体工作负载所需的最少的一组节点上;
  • RequestedToCapacityRatioPriority:使用默认的打分方法模型,创建基于 ResourceAllocationPriority 的 requestedToCapacity;
  • SelectorSpreadPriority:属于同一 Service、 StatefulSet 或 ReplicaSet 的 Pod,尽可能地跨 Node 部署(鸡蛋不要只放在一个篮子里,分散风险,提高可用性);
  • ServiceSpreadingPriority:对于给定的 Service,此策略旨在确保该 Service 关联的 Pod 在不同的节点上运行。 它偏向把 Pod 调度到没有该服务的节点。 整体来看,Service 对于单个节点故障变得更具弹性;
  • InterPodAffinityPriority:实现了 Pod 间亲和性与反亲和性的优先级;
  • LeastRequestedPriority:偏向最少请求资源的节点。 换句话说,节点上的 Pod 越多,使用的资源就越多,此策略给出的排名就越低;
  • BalancedResourceAllocation:偏向平衡资源使用的节点;
  • NodePreferAvoidPodsPriority:根据节点的注解 scheduler.alpha.kubernetes.io/preferAvoidPods 对节点进行优先级排序。 你可以使用它来暗示两个不同的 Pod 不应在同一节点上运行;
  • NodeAffinityPriority:根据节点亲和中 PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 字段对节点进行优先级排序;
  • TaintTolerationPriority:根据节点上无法忍受的污点数量,给所有节点进行优先级排序。 此策略会根据排序结果调整节点的等级;
  • ImageLocalityPriority:偏向已在本地缓存 Pod 所需容器镜像的节点;
  • EvenPodsSpreadPriority:实现了 Pod 拓扑扩展约束的优先级排序;

这些分值将会累计为节点的总分,用来表明其优先级。例如,如果一个 Pod 需要 1 个 cpu 核心的资源,而有两个候选节点满足这一要求,其中节点 A 有 2 个 CPU 核心可供分配,节点 B 有 4 个核心可供分配,则节点 B 将具有更高的优先级。 如果多个节点返回相同的优先级,调度程序将会使用轮循的方式来选择节点。

最优解

kube-scheduler 使用基于预选和基于优选的评分算法,理论上需要遍历所有 Node(实际上有缓存逻辑),而当集群中的 Node 数量超过一定数量后,调度算法的开销将变得很大。所以 kube-scheduler 为了解决性能问题,引入了"全局最优解"和"局部最优解"两种最优解。

  • 全局最优解:遍历集群中的所有节点,找出全局最优的节点;
  • 局部最优解:只遍历集群中的部分节点,找出局部最有的节点;

在小型集群中(例如 100 个节点),使用全局最优解。而在超大型集群中(例如 5000 个节点)使用局部最优解。

抢占机制

Pod 可以设置优先级(PriorityClass,注意:此处的 Pod 优先级与优选算法的优先级评分不是一个概念)。 Pod 优先级表示一个 Pod 相对于其他 Pod 的重要性。 如果一个 Pod 无法被调度,调度程序会尝试抢占(驱逐)较低优先级的 Pod。

要使用优先级和抢占,需要:

  1. 新增 PriorityClass 对象,并设置 value 值;
  2. 将 Pod 的 Spec.priorityClassName 设置为上述新增的 PriorityClass;

上述设置了高优先级的 Pod(暂称为 pod-h) ,如果 kube-scheduler 没有找到满足其指定要求的节点,则触发抢占逻辑。抢占逻辑试图找到某个节点,在该节点中删除/驱逐一个或多个优先级低于 pod-h 的 Pod。被驱逐的 Pod 消失后,pod-h 可以被调度到该节点上。

更多

更多经典示例请参考:https://github.com/jxlwqq/kubernetes-examples

posted @ 2021-10-08 14:10  jxlwqq  阅读(271)  评论(0编辑  收藏  举报