调度框架

特性状态： Kubernetes v1.19 [stable]

调度框架是面向 Kubernetes 调度器的一种插件架构， 它由一组直接编译到调度程序中的“插件” API 组成。 这些 API 允许大多数调度功能以插件的形式实现，同时使调度“核心”保持简单且可维护。 请参考调度框架的设计提案 获取框架设计的更多技术信息。

框架工作流程

调度框架定义了一些扩展点。调度器插件注册后在一个或多个扩展点处被调用。 这些插件中的一些可以改变调度决策，而另一些仅用于提供信息。

每次调度一个 Pod 的尝试都分为两个阶段，即调度周期和绑定周期。

调度周期和绑定周期

调度周期为 Pod 选择一个节点，绑定周期将该决策应用于集群。 调度周期和绑定周期一起被称为“调度上下文”。

调度周期是串行运行的，而绑定周期可能是同时运行的。

如果确定 Pod 不可调度或者存在内部错误，则可以终止调度周期或绑定周期。 Pod 将返回队列并重试。

接口

下图显示了一个 Pod 的调度上下文以及调度框架公开的接口。

一个插件可能实现多个接口，以执行更为复杂或有状态的任务。

某些接口与可以通过调度器配置来设置的调度器扩展点匹配。

调度框架 - 图1

调度框架扩展点

PreEnqueue

这些插件在将 Pod 被添加到内部活动队列之前被调用，在此队列中 Pod 被标记为准备好进行调度。

只有当所有 PreEnqueue 插件返回 Success 时，Pod 才允许进入活动队列。 否则，它将被放置在内部无法调度的 Pod 列表中，并且不会获得 Unschedulable 状态。

要了解有关内部调度器队列如何工作的更多详细信息，请阅读 kube-scheduler 调度队列。

EnqueueExtension

EnqueueExtension 作为一个接口，插件可以在此接口之上根据集群中的变化来控制是否重新尝试调度被此插件拒绝的 Pod。实现 PreEnqueue、PreFilter、Filter、Reserve 或 Permit 的插件应实现此接口。

QueueingHint

特性状态： Kubernetes v1.28 [beta]

QueueingHint 作为一个回调函数，用于决定是否将 Pod 重新排队到活跃队列或回退队列。 每当集群中发生某种事件或变化时，此函数就会被执行。 当 QueueingHint 发现事件可能使 Pod 可调度时，Pod 将被放入活跃队列或回退队列， 以便调度器可以重新尝试调度 Pod。

说明：

在调度过程中对 QueueingHint 求值是一个 Beta 级别的特性。 v1.28 的系列小版本最初都开启了这个特性的门控；但是发现了内存占用过多的问题， 于是 Kubernetes 项目将该特性门控设置为默认禁用。 在 Kubernetes 的 1.30 版本中，这个特性门控被禁用，你需要手动开启它。 你可以通过 SchedulerQueueingHints 特性门控来启用它。

队列排序

这些插件用于对调度队列中的 Pod 进行排序。 队列排序插件本质上提供 Less(Pod1, Pod2) 函数。 一次只能启动一个队列插件。

PreFilter

这些插件用于预处理 Pod 的相关信息，或者检查集群或 Pod 必须满足的某些条件。 如果 PreFilter 插件返回错误，则调度周期将终止。

Filter

这些插件用于过滤出不能运行该 Pod 的节点。对于每个节点， 调度器将按照其配置顺序调用这些过滤插件。如果任何过滤插件将节点标记为不可行， 则不会为该节点调用剩下的过滤插件。节点可以被同时进行评估。

PostFilter

这些插件在 Filter 阶段后调用，但仅在该 Pod 没有可行的节点时调用。 插件按其配置的顺序调用。如果任何 PostFilter 插件标记节点为 “Schedulable”， 则其余的插件不会调用。典型的 PostFilter 实现是抢占，试图通过抢占其他 Pod 的资源使该 Pod 可以调度。

PreScore

这些插件用于执行“前置评分（pre-scoring）”工作，即生成一个可共享状态供 Score 插件使用。 如果 PreScore 插件返回错误，则调度周期将终止。

Score

这些插件用于对通过过滤阶段的节点进行排序。调度器将为每个节点调用每个评分插件。 将有一个定义明确的整数范围，代表最小和最大分数。 在标准化评分阶段之后， 调度器将根据配置的插件权重合并所有插件的节点分数。

NormalizeScore

这些插件用于在调度器计算 Node 排名之前修改分数。 在此扩展点注册的插件被调用时会使用同一插件的 Score 结果。每个插件在每个调度周期调用一次。

例如，假设一个 BlinkingLightScorer 插件基于具有的闪烁指示灯数量来对节点进行排名。

  1. func ScoreNode(_ *v1.pod, n *v1.Node) (int, error) {
  2.     return getBlinkingLightCount(n)
  3. }

然而，最大的闪烁灯个数值可能比 NodeScoreMax 小。要解决这个问题， BlinkingLightScorer 插件还应该注册该扩展点。

  1. func NormalizeScores(scores map[string]int) {
  2.     highest := 0
  3.     for _, score := range scores {
  4.         highest = max(highest, score)
  5.     }
  6.     for node, score := range scores {
  7.         scores[node] = score*NodeScoreMax/highest
  8.     }
  9. }

如果任何 NormalizeScore 插件返回错误，则调度阶段将终止。

说明：

希望执行“预保留”工作的插件应该使用 NormalizeScore 扩展点。

Reserve

实现了 Reserve 接口的插件，拥有两个方法，即 Reserve 和 Unreserve， 他们分别支持两个名为 Reserve 和 Unreserve 的信息传递性质的调度阶段。 维护运行时状态的插件（又称”有状态插件”）应该使用这两个阶段， 以便在节点上的资源被保留和解除保留给特定的 Pod 时，得到调度器的通知。

Reserve 阶段发生在调度器实际将一个 Pod 绑定到其指定节点之前。 它的存在是为了防止在调度器等待绑定成功时发生竞争情况。 每个 Reserve 插件的 Reserve 方法可能成功，也可能失败； 如果一个 Reserve 方法调用失败，后面的插件就不会被执行，Reserve 阶段被认为失败。 如果所有插件的 Reserve 方法都成功了，Reserve 阶段就被认为是成功的， 剩下的调度周期和绑定周期就会被执行。

如果 Reserve 阶段或后续阶段失败了，则触发 Unreserve 阶段。 发生这种情况时，所有 Reserve 插件的 Unreserve 方法将按照 Reserve 方法调用的相反顺序执行。 这个阶段的存在是为了清理与保留的 Pod 相关的状态。

注意：

Reserve 插件中 Unreserve 方法的实现必须是幂等的，并且不能失败。

这个是调度周期的最后一步。 一旦 Pod 处于保留状态，它将在绑定周期结束时触发 Unreserve 插件（失败时）或 PostBind 插件（成功时）。

Permit

Permit 插件在每个 Pod 调度周期的最后调用，用于防止或延迟 Pod 的绑定。 一个允许插件可以做以下三件事之一：

  1. 批准
    一旦所有 Permit 插件批准 Pod 后，该 Pod 将被发送以进行绑定。

  2. 拒绝
    如果任何 Permit 插件拒绝 Pod，则该 Pod 将被返回到调度队列。 这将触发 Reserve 插件中的 Unreserve 阶段。

  3. 等待（带有超时）
    如果一个 Permit 插件返回“等待”结果，则 Pod 将保持在一个内部的“等待中” 的 Pod 列表，同时该 Pod 的绑定周期启动时即直接阻塞直到得到批准。 如果超时发生，等待变成拒绝，并且 Pod 将返回调度队列，从而触发 Reserve 插件中的 Unreserve 阶段。

说明：

尽管任何插件可以访问“等待中”状态的 Pod 列表并批准它们 （查看 FrameworkHandle）。 我们期望只有允许插件可以批准处于“等待中”状态的预留 Pod 的绑定。 一旦 Pod 被批准了，它将发送到 PreBind 阶段。

PreBind

这些插件用于执行 Pod 绑定前所需的所有工作。 例如，一个 PreBind 插件可能需要制备网络卷并且在允许 Pod 运行在该节点之前将其挂载到目标节点上。

如果任何 PreBind 插件返回错误，则 Pod 将被拒绝并且退回到调度队列中。

Bind

Bind 插件用于将 Pod 绑定到节点上。直到所有的 PreBind 插件都完成，Bind 插件才会被调用。 各 Bind 插件按照配置顺序被调用。Bind 插件可以选择是否处理指定的 Pod。 如果某 Bind 插件选择处理某 Pod，剩余的 Bind 插件将被跳过。

PostBind

这是个信息传递性质的接口。 PostBind 插件在 Pod 成功绑定后被调用。这是绑定周期的结尾，可用于清理相关的资源。

插件 API

插件 API 分为两个步骤。首先，插件必须完成注册并配置，然后才能使用扩展点接口。 扩展点接口具有以下形式。

  1. type Plugin interface {
  2.     Name() string
  3. }
  5. type QueueSortPlugin interface {
  6.     Plugin
  7.     Less(*v1.pod, *v1.pod) bool
  8. }
  10. type PreFilterPlugin interface {
  11.     Plugin
  12.     PreFilter(context.Context, *framework.CycleState, *v1.pod) error
  13. }
  15. // ...

插件配置

你可以在调度器配置中启用或禁用插件。 如果你在使用 Kubernetes v1.18 或更高版本， 大部分调度插件都在使用中且默认启用。

除了默认的插件，你还可以实现自己的调度插件并且将它们与默认插件一起配置。 你可以访问 scheduler-plugins 了解更多信息。

如果你正在使用 Kubernetes v1.18 或更高版本，你可以将一组插件设置为一个调度器配置文件， 然后定义不同的配置文件来满足各类工作负载。 了解更多关于多配置文件。