030.Kubernetes核心組件-Scheduler-有解無憂

一 Scheduler原理

1.1 原理決議

Kubernetes Scheduler是負責Pod調度的重要功能模塊，Kubernetes Scheduler在整個系統中承擔了“承上啟下”的重要功能，“承上”是指它負責接收Controller Manager創建的新Pod，為其調度至目標Node；“啟下”是指調度完成后，目標Node上的kubelet服務行程接管后繼作業，負責Pod接下來生命周期， Kubernetes Scheduler的作用是將待調度的Pod（API新創建的Pod、Controller Manager為補足副本而創建的Pod等）按照特定的調度演算法和調度策略系結（Binding）到集群中某個合適的Node上，并將系結資訊寫入etcd中，在整個調度程序中涉及三個物件，分別是待調度Pod串列、可用Node串列，以及調度演算法和策略，概述而言，就是通過調度演算法調度為待調度Pod串列中的每個Pod從Node串列中選擇一個最適合的Node，隨后，目標節點上的kubelet通過API Server監聽到Kubernetes Scheduler產生的Pod系結事件，然后獲取對應的Pod清單，下載Image鏡像并啟動容器，完整的流程如下圖示： clipboard

Kubernetes Scheduler當前提供的默認調度流程分為以下兩步：預選調度程序，即遍歷所有目標Node，篩選出符合要求的候選節點，為此，Kubernetes內置了多種預選策略（xxx Predicates）供用戶選擇，確定最優節點，在第1步的基礎上，采用優選策略（xxx Priority）計算出每個候選節點的積分，積分最高者勝出，Kubernetes Scheduler的調度流程是通過插件方式加載的“調度演算法提供者”（AlgorithmProvider）具體實作的，

二 Scheduler策略

2.1 策略種類

一個AlgorithmProvider其實就是包括了一組預選策略與一組優先選擇策略的結構體， Scheduler中可用的預選策略包含：NoDiskConflict、PodFitsResources、PodSelectorMatches、PodFitsHost、CheckNodeLabelPresence、CheckServiceAffinity和PodFitsPorts策略等，其默認的AlgorithmProvider加載的預選策略Predicates包括：PodFitsPorts（PodFitsPorts）、PodFitsResources（PodFitsResources）、NoDiskConflict（NoDiskConflict）、MatchNodeSelector（PodSelectorMatches）和HostName（PodFitsHost），即每個節點只有通過前面提及的5個默認預選策略后，才能初步被選中，進入下一個流程，

NoDiskConflict

判斷備選Pod的gcePersistentDisk或AWSElasticBlockStore和備選的節點中已存在的Pod是否存在沖突，檢測程序如下，

首先，讀取備選Pod的所有Volume的資訊（即pod.Spec.Volumes），對每個Volume執行以下步驟進行沖突檢測，

如果該Volume是gcePersistentDisk，則將Volume和備選節點上的所有Pod的每個Volume都進行比較，如果發現相同的gcePersistentDisk，則回傳false，表明存在磁盤沖突，檢查結束，反饋給調度器該備選節點不適合作為備選Pod；

如果該Volume是AWSElasticBlockStore，則將Volume和備選節點上的所有Pod的每個Volume都進行比較，如果發現相同的AWSElasticBlockStore，則回傳false，表明存在磁盤沖突，檢查結束，反饋給調度器該備選節點不適合備選Pod，

如果檢查完備選Pod的所有Volume均未發現沖突，則回傳true，表明不存在磁盤沖突，反饋給調度器該備選節點適合備選Pod，

PodFitsResources

判斷備選節點的資源是否滿足備選Pod的需求，檢測程序如下，

計算備選Pod和節點中已存在Pod的所有容器的需求資源（記憶體和CPU）的總和，

獲得備選節點的狀態資訊，其中包含節點的資源資訊，

如果在備選Pod和節點中已存在Pod的所有容器的需求資源（記憶體和CPU）的總和，超出了備選節點擁有的資源，則回傳false，表明備選節點不適合備選Pod，否則回傳true，表明備選節點適合備選Pod，

PodSelectorMatches

判斷備選節點是否包含備選Pod的標簽選擇器指定的標簽，

如果Pod沒有指定spec.nodeSelector標簽選擇器，則回傳true，

否則，獲得備選節點的標簽資訊，判斷節點是否包含備選Pod的標簽選擇器（spec.nodeSelector）所指定的標簽，如果包含，則回傳true，否則回傳false，

PodFitsHost

判斷備選Pod的spec.nodeName域所指定的節點名稱和備選節點的名稱是否一致，如果一致，則回傳true，否則回傳false，

CheckNodeLabelPresence

如果用戶在組態檔中指定了該策略，則Scheduler會通過RegisterCustomFitPredicate方法注冊該策略，該策略用于判斷策略列出的標簽在備選節點中存在時，是否選擇該備選節點，

讀取備選節點的標簽串列資訊，

如果策略配置的標簽串列存在于備選節點的標簽串列中，且策略配置的presence值為false，則回傳false，否則回傳true；

如果策略配置的標簽串列不存在于備選節點的標簽串列中，且策略配置的presence值為true，則回傳false，否則回傳true，

CheckServiceAffinity

如果用戶在組態檔中指定了該策略，則Scheduler會通過RegisterCustomFitPredicate方法注冊該策略，該策略用于判斷備選節點是否包含策略指定的標簽，或包含和備選Pod在相同Service和Namespace下的Pod所在節點的標簽串列，如果存在，則回傳true，否則回傳false，

PodFitsPorts

判斷備選Pod所用的埠串列中的埠是否在備選節點中已被占用，如果被占用，則回傳false，否則回傳true， Scheduler中的優選策略包含：LeastRequestedPriority、CalculateNodeLabelPriority和BalancedResourceAllocation等，每個節點通過優先選擇策略時都會算出一個得分，計算各項得分，最終選出得分值最大的節點作為優選的結果（也是調度演算法的結果），

LeastRequestedPriority

該優選策略用于從備選節點串列中選出資源消耗最小的節點，

計算出在所有備選節點上運行的Pod和備選Pod的CPU占用量totalMilliCPU，

計算出在所有備選節點上運行的Pod和備選Pod的記憶體占用量totalMemory，

計算每個節點的得分，計算規則大致如下，其中，NodeCpuCapacity為節點CPU計算能力，NodeMemoryCapacity為節點記憶體大小，

CalculateNodeLabelPriority

如果用戶在組態檔中指定了該策略，則scheduler會通過RegisterCustomPriorityFunction方法注冊該策略，該策略用于判斷策略列出的標簽在備選節點中存在時，是否選擇該備選節點，如果備選節點的標簽在優選策略的標簽串列中且優選策略的presence值為true，或者備選節點的標簽不在優選策略的標簽串列中且優選策略的presence值為false，則備選節點score=10，否則備選節點score=0，

BalancedResourceAllocation

該優選策略用于從備選節點串列中選出各項資源使用率最均衡的節點，

計算出在所有備選節點上運行的Pod和備選Pod的CPU占用量totalMilliCPU，

計算出在所有備選節點上運行的Pod和備選Pod的記憶體占用量totalMemory，

計算每個節點的得分，計算規則大致如下，其中，NodeCpuCapacity為節點的CPU計算能力，NodeMemoryCapacity為節點的記憶體大小，

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標籤：Linux

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