scheduler调度流程

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Kubernetes 的 Scheduler 负责将 Pod 调度到合适的 Node 上运行。调度的目标是确保 Pod 在集群中的高效运行，并满足资源需求、拓扑要求等各种约束条件。下面是 Kubernetes Scheduler 的详细调度流程：

1. 调度器的工作流程概述

Kubernetes Scheduler 主要包括以下几个步骤：

  1. 监听待调度的 Pod：Scheduler 监视 API 服务器中的 Pod 列表，查找没有被调度的 Pod（状态为 Pending 的 Pod）。
  2. 选择适合的节点：Scheduler 根据 Pod 的资源需求、节点的可用资源、调度策略、亲和性和反亲和性等信息选择一个合适的节点。
  3. 将 Pod 绑定到节点：一旦选择了节点，Scheduler 会将 Pod 绑定到该节点，并将信息更新到 API 服务器。
  4. 执行调度：节点的 kubelet 会接收到更新，并开始启动容器来运行该 Pod。

2. Scheduler 调度流程的详细步骤

步骤 1：监听待调度的 Pod

  • Pod 状态为 Pending：Scheduler 只会调度状态为 Pending 的 Pod，也就是那些还没有被绑定到节点的 Pod。
  • Pod 和调度器：Pod 会首先被创建并发送到 Kubernetes 的 API 服务器，Scheduler 会监控这些 Pod 的状态。
  • Pod 资源需求：每个 Pod 在创建时可以定义其对资源（如 CPU、内存、存储等）的请求和限制（resources.requests 和 resources.limits）。

步骤 2：调度器选择适合的节点

Scheduler 会根据以下几个因素来选择合适的节点：

  1. Node 可用性：

    • Scheduler 会查询所有可用节点，并根据 Node 的资源（CPU、内存、存储等）和 Pod 的资源请求来筛选合适的节点。
    • 如果节点资源不足，Pod 将无法调度到该节点。

  2. Pod 的亲和性和反亲和性（Affinity/Anti-Affinity） ：

    • NodeAffinity：Pod 可以指定必须调度到具有特定标签的节点上，或者排除特定标签的节点。
    • PodAffinity：Pod 可以指定它应该和其他特定的 Pod 一起调度到同一个节点上。
    • PodAntiAffinity：Pod 可以指定它应该避免和其他特定的 Pod 调度到同一个节点上。 亲和性和反亲和性可以基于标签选择器来指定。

  3. 资源请求和限制：

    • Scheduler 会根据 Pod 的资源请求和节点的资源使用情况进行匹配。
    • 例如，如果 Pod 请求 2 CPU 和 4GB 内存，而节点只有 1 CPU 和 2GB 内存，那么该 Pod 无法被调度到这个节点。

  4. Taints 和 Tolerations：

    • 节点可以通过 taints 来标记其不适合某些 Pod 的调度，只有具有相应 tolerations 的 Pod 才能被调度到这些节点上。
    • Taints 是一种保护机制，防止 Pod 被调度到不适合的节点。

  5. 资源均衡：

    • Scheduler 会尽量保证集群资源的均衡，避免某些节点资源的过度消耗。
    • Kubernetes 会根据各个节点的资源使用情况（例如 CPU、内存的消耗量）来做负载均衡，确保 Pod 被均匀调度。

  6. Priority 和 Preemption：

    • Kubernetes 支持 Pod 优先级，调度器会优先调度优先级更高的 Pod。
    • 如果集群中没有足够的资源来调度新 Pod，调度器会选择抢占低优先级的 Pod，释放资源来调度高优先级的 Pod。

  7. 其他约束：

    • PodDisruptionBudgets（PDB） ：定义了最小的 Pod 副本数量，Scheduler 会确保不会调度导致 PDB 限制的 Pod。
    • 静态调度器插件（例如, VolumeScheduling） ：调度时会考虑卷的可用性，避免选择那些无法挂载某个特定卷的节点。

步骤 3：绑定 Pod 到节点

一旦 Scheduler 选择了合适的节点，下一步是将该 Pod 绑定到节点。这个操作实际上是修改 API 服务器中的 Pod 状态，将 Pod 的 nodeName 字段更新为选中的节点名称。

  • Pod Binding：这是调度的最后一步，Scheduler 更新 Pod 资源对象的 nodeName 字段。
  • 更新 API 服务器：Pod 状态会更新为 Scheduled，并指明将该 Pod 调度到的节点。

步骤 4：执行调度

一旦 Pod 被绑定到节点，kubelet 会开始在该节点上执行 Pod 的启动操作，具体步骤如下：

  1. kubelet 启动容器：kubelet 通过容器运行时（如 Docker、containerd 等）启动 Pod 中的容器。
  2. Pod 运行：Pod 在节点上运行，kubelet 会监控容器的状态，并将 Pod 的健康状态报告给 API 服务器。
  3. Pod 健康检查：如果 Pod 配置了探针（liveness、readiness），kubelet 会定期执行探针，确保 Pod 健康。

3. Scheduler 插件体系

Kubernetes Scheduler 是一个高度可扩展的组件，可以通过插件化的方式进行扩展。调度过程中的很多步骤可以通过不同的插件来实现，常见的插件包括：

  • 过滤插件（Filter Plugin） ：用于过滤不符合条件的节点。比如，如果节点没有足够的 CPU 或内存资源，Pod 就不能被调度到该节点。
  • 优选插件（Score Plugin） ：对节点进行评分，选择最合适的节点。
  • Preemption 插件：当集群资源不足时，Preemption 插件会通过抢占低优先级 Pod 来释放资源供高优先级 Pod 使用。

4. 调度策略

调度器使用不同的策略来优化调度：

  • Round-robin 调度策略：当集群资源分布均匀时，调度器可能使用 round-robin 算法来轮流将 Pod 分配到不同的节点。
  • 资源分配优化：调度器通过均衡集群资源的使用来避免过载，并确保 Pod 调度到合适的节点上，最大限度地提高资源利用率。

5. 总结

Kubernetes Scheduler 是 Kubernetes 中非常重要的组件，负责将 Pod 调度到集群中的合适 Node 上运行。调度过程包括从监听待调度的 Pod、根据节点资源和调度策略选择节点、将 Pod 绑定到节点以及最终通过 kubelet 启动 Pod 的过程。调度器还支持通过插件扩展调度功能，并提供灵活的调度策略来优化集群资源利用。

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