K8s调度方式

Kubernetes调度完全指南：7种核心策略与生产环境实战

调度是Kubernetes集群的"大脑"，决定了业务负载的最佳落脚点。本文将深入解析生产环境中最关键的7种调度策略，并附上经过百亿级容器验证的配置方案。

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一、基础调度三板斧

1. 智能默认调度

   • 运作机制：kube-scheduler综合评估节点资源、污点等条件
   • 核心算法：
     • 过滤不满足条件的节点（Predicates）
     • 对剩余节点打分排序（Priorities）
   • 生产监控：

     # 查看调度事件
     kubectl get events --field-selector involvedObject.kind=Pod,reason=FailedScheduling
     

2. 精准定向调度

   • 适用场景：
     • GPU节点专属调度
     • 本地SSD存储节点绑定
   • 配置示例：

     nodeSelector:
       accelerator: nvidia-tesla-v100
       storage: local-ssd
     

   • 避坑指南：
     • 配合节点反亲和性避免单点故障
     • 定期检查标签有效性

3. 资源水位控制

   • 黄金法则：

     resources:
       requests:
         cpu: "1"
         memory: "2Gi"
       limits:
         cpu: "2"
         memory: "4Gi"
     

   • 容量规划公式：

     单节点最大Pod数 = (总内存 - 系统预留) / max(Pod内存请求)
     

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二、高阶调度策略

4. 亲和性调度矩阵

类型	硬性要求	软性建议	典型场景
节点亲和	requiredDuringScheduling	preferredDuringScheduling	区域部署合规性
Pod亲和	mustMatch	tryToMatch	微服务共置提升性能
Pod反亲和	mustNotMatch	tryToSeparate	高可用多副本分散部署

生产级配置模板：

affinity:
  nodeAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: topology.kubernetes.io/zone
          operator: In
          values: [zoneA]
  podAntiAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
    - labelSelector:
        matchLabels:
          app: order-service
      topologyKey: kubernetes.io/hostname

5. 污点免疫系统

   • 节点防护：

     # 保护数据库专用节点
     kubectl taint nodes db-node dedicated=db:NoSchedule
     

   • Pod通行证：

     tolerations:
     - key: "dedicated"
       operator: "Equal"
       value: "db"
       effect: "NoSchedule"
     

   • 特殊污点类型：
     • NoExecute：驱逐现有Pod
     • PreferNoSchedule：软性排斥

6. 拓扑分布约束

   • 多维度均衡：

     topologySpreadConstraints:
     - maxSkew: 1
       topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
       whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
       labelSelector:
         matchLabels:
           app: payment-gateway
     

   • 关键参数：
     • maxSkew：最大不均衡度
     • topologyKey：分区维度（机架/区域）
     • whenUnsatisfiable：硬性/软性约束

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三、生产环境进阶技巧

7. 优先级抢占机制

   • 配置流程：
     1. 定义PriorityClass

     apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
     kind: PriorityClass
     metadata:
       name: mission-critical
     value: 1000000
     globalDefault: false
     

     2. Pod引用

     priorityClassName: mission-critical
     

   • 注意事项：
     • 谨慎设置globalDefault
     • 监控抢占事件日志

8. 动态调度扩展

   • 自定义调度器：

     type CustomScheduler struct {
         defaultScheduler *core.Scheduler
     }
     func (cs *CustomScheduler) Schedule(ctx context.Context, pod *v1.Pod) (result ScheduleResult, err error) {
         // 自定义调度逻辑
     }
     

   • 调度框架插件：

     apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1beta2
     kind: KubeSchedulerConfiguration
     profiles:
       - schedulerName: custom-scheduler
         plugins:
           score:
             enabled:
               - name: MyCustomPlugin
     

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四、多云/混合云调度策略

9. 跨云调度方案

   • 联邦集群调度：

     apiVersion: scheduling.kubefed.io/v1alpha1
     kind: ReplicaSchedulingPreference
     spec:
       targetClusters:
         - aws-cluster
         - on-premise-cluster
       totalReplicas: 10
       clusters:
         aws-cluster:
           minReplicas: 3
           maxReplicas: 8
     

   • 权重分配算法：

     def calculate_weight(cluster):
         return cluster.cpu_available * 0.6 + cluster.memory_available * 0.4
     

10. 边缘计算调度

    • 边缘节点标记：

      kubectl label node edge-node-1 node-type=edge
      

    • 延迟敏感型配置：

      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: node-type
                operator: In
                values: [edge]
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/region
      

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五、调度问题排查手册

常见故障场景：

1. Pending状态分析：

   kubectl describe pod [POD_NAME] | grep -A 10 Events
   # 查看调度失败原因
   

2. 资源碎片优化：

   kubectl top nodes
   # 配合descheduler进行碎片整理
   

3. 调度器性能调优：

   apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1beta2
   kind: KubeSchedulerConfiguration
   percentageOfNodesToScore: 50 # 大型集群调低该值
   

调度可视化工具：

# 安装调度器视图插件
kubectl create -f https://github.com/kubernetes-sigs/scheduler-plugins/raw/master/manifests/visualization/deploy.yaml

掌握这些调度策略，您的Kubernetes集群将如同精密的交通控制系统，让每个Pod都能找到最佳运行位置。记住：好的调度策略不仅要考虑当前状态，更要为未来的扩展留下弹性空间。