Kubernetes 调度器是如何工作的

了解 Kubernetes 调度器是如何发现新的吊舱并将其分配到节点。

Kubernetes已经成为容器和容器化工作负载的标准编排引擎。它提供一个跨公有云和私有云环境的通用和开源的抽象层。

对于那些已经熟悉 Kuberbetes 及其组件的人，他们的讨论通常围绕着如何尽量发挥 Kuberbetes 的功能。但当你刚刚开始学习 Kubernetes 时，尝试在生产环境中使用前，明智的做法是从一些关于 Kubernetes 相关组件（包括Kubernetes 调度器） 开始学习，如下抽象视图中所示：

Kubernetes 也分为控制平面和工作节点：

1. 控制平面：也称为主控，负责对集群做出全局决策，以及检测和响应集群事件。控制平面组件包括：
   • etcd
   • kube-apiserver
   • kube-controller-manager
   • 调度器
2. 工作节点：也称节点，这些节点是工作负载所在的位置。它始终和主控联系，以获取工作负载运行所需的信息，并与集群外部进行通讯和连接。工作节点组件包括：
   • kubelet
   • kube-proxy
   • CRI

   我希望这个背景信息可以帮助你理解 Kubernetes 组件是如何关联在一起的。

   Kubernetes 调度器是如何工作的

   Kubernetes吊舱pod由一个或多个容器组成组成，共享存储和网络资源。Kubernetes 调度器的任务是确保每个吊舱分配到一个节点上运行。

   （LCTT 译注：容器技术领域大量使用了航海比喻，pod 一词，意为“豆荚”，在航海领域指“吊舱” —— 均指盛装多个物品的容器。常不翻译，考虑前后文，可译做“吊舱”。）

   在更高层面下，Kubernetes 调度器的工作方式是这样的：

   1. 每个需要被调度的吊舱都需要加入到队列
   2. 新的吊舱被创建后，它们也会加入到队列
   3. 调度器持续地从队列中取出吊舱并对其进行调度

      调度器源码（scheduler.go）很大，约 9000 行，且相当复杂，但解决了重要问题：

      等待/监视吊舱创建的代码

      监视吊舱创建的代码始于scheduler.go的 8970 行，它持续等待新的吊舱：

      // Run begins watching and scheduling. It waits for cache to be synced, then starts a goroutine and returns immediately.
      
      func (sched *Scheduler) Run() {
              if !sched.config.WaitForCacheSync() {
                      return
              }
      
              go wait.Until(sched.scheduleOne, 0, sched.config.StopEverything)
      

      负责对吊舱进行排队的代码

      负责对吊舱进行排队的功能是：

      // queue for pods that need scheduling
              podQueue *cache.FIFO
      

      负责对吊舱进行排队的代码始于scheduler.go的 7360 行。当事件处理程序触发，表明新的吊舱显示可用时，这段代码将新的吊舱加入队列中：

      func (f *ConfigFactory) getNextPod() *v1.Pod {
              for {
                      pod := cache.Pop(f.podQueue).(*v1.Pod)
                      if f.ResponsibleForPod(pod) {
                              glog.V(4).Infof("About to try and schedule pod %v", pod.Name)
                              return pod
                      }
              }
      }
      

      处理错误代码

      在吊舱调度中不可避免会遇到调度错误。以下代码是处理调度程序错误的方法。它监听podInformer然后抛出一个错误，提示此吊舱尚未调度并被终止：

      // scheduled pod cache
              podInformer.Informer().AddEventHandler(
                      cache.FilteringResourceEventHandler{
                              FilterFunc: func(obj interface{}) bool {
                                      switch t := obj.(type) {
                                      case *v1.Pod:
                                              return assignedNonTerminatedPod(t)
                                      default:
                                              runtime.HandleError(fmt.Errorf("unable to handle object in %T: %T", c, obj))
                                              return false
                                      }
                              },
      

      换句话说，Kubernetes 调度器负责如下：

      • 将新创建的吊舱调度至具有足够空间的节点上，以满足吊舱的资源需求。
      • 监听 kube-apiserver 和控制器是否创建新的吊舱，然后调度它至集群内一个可用的节点。
      • 监听未调度的吊舱，并使用/binding子资源 API 将吊舱绑定至节点。

      例如，假设正在部署一个需要 1 GB 内存和双核 CPU 的应用。因此创建应用吊舱的节点上需有足够资源可用，然后调度器会持续运行监听是否有吊舱需要调度。

      了解更多

      要使 Kubernetes 集群工作，你需要使以上所有组件一起同步运行。调度器有一段复杂的的代码，但 Kubernetes 是一个很棒的软件，目前它仍是我们在讨论或采用云原生应用程序时的首选。

      学习 Kubernetes 需要精力和时间，但是将其作为你的专业技能之一能为你的职业生涯带来优势和回报。有很多很好的学习资源可供使用，而且官方文档也很棒。如果你有兴趣了解更多，建议从以下内容开始：

      • Kubernetes the hard way
      • Kubernetes the hard way on bare metal
      • Kubernetes the hard way on AWS