发布于 由admin

K8s 调度器原理与实践：智能分配 Pod 到节点

K8s 调度器：Pod 搬家公司，如何精准送达？🏠🚚📦

各位观众，各位老铁，大家好！今天咱们聊聊 Kubernetes (K8s) 里一个至关重要的角色——调度器 (Scheduler)。 把它比作一家搬家公司，我觉得再贴切不过了。 它负责把咱们精心打造的 Pod (包裹)，稳稳当当地送到最合适的 Node (房子) 里， 让它们能够欢快地运行起来。

想象一下，你精心挑选了一堆家具（Pod），准备搬到新家（Node），你肯定希望搬家公司（Scheduler）能帮你把这些家具安全、高效地送到最适合的房间里。 比如，易碎品（需要特定资源的Pod）要轻拿轻放，大件家具（资源需求高的Pod）要搬到空间大的房间。 如果搬家公司乱来，把冰箱搬到洗手间，把床搬到厨房，那可就惨了！🤯

K8s 调度器就是那个避免惨剧发生的关键角色。 它可不是随便乱塞，而是会根据一系列复杂的规则和策略，进行智能分配，力求达到资源利用率最高、服务可用性最好的目标。

一、调度器，你到底是个啥？ 🤔

简单来说，K8s 调度器是一个控制平面组件，负责监听 API Server， 寻找未分配节点的 Pod，然后根据预定义的算法，将 Pod 分配到最合适的节点上。 你可以把它想象成一个超级聪明的邮递员，专门负责把“包裹” (Pod) 投递到正确的“地址” (Node) 。

更学术一点，调度器的主要任务可以概括为：

  • 过滤 (Filtering): 排除掉不满足 Pod 要求的节点，例如资源不足、不满足 NodeSelector 等。 这就像搬家公司会先看看哪些房子有电梯，哪些房子可以停货车，不符合条件的直接Pass！
  • 打分 (Scoring): 对剩余的节点进行评分，选出最合适的节点。 这就像搬家公司会对每个房子进行评估，比如哪个房子离你近，哪个房子停车方便，哪个房子楼层低，综合打分选出最优方案。
  • 绑定 (Binding): 将 Pod 绑定到选定的节点。 这就像搬家公司确定了最终目的地，把家具搬过去，签字确认完成任务。

二、调度流程： 搬家公司的秘密武器 🤫

K8s 调度器的工作流程可不是简单粗暴的“随机分配”，而是一套精密的流程，可以分为以下几个步骤：

  1. 监听 (Watch): 调度器通过 API Server 监听 Pod 的创建事件。 当一个 Pod 被创建且未指定 NodeName 时，调度器就会收到通知。 这就像搬家公司随时关注着客户的订单，一旦有新的搬家需求，立刻开始行动。

  2. 预选 (Predicate): 这一步就是“过滤”，剔除不满足 Pod 要求的节点。 例如，如果 Pod 要求节点必须有特定的 Label，或者节点的资源不足，那么这些节点就会被排除在外。 这个过程就像搬家公司会先看看哪些房子有电梯，哪些房子可以停货车，不符合条件的直接Pass！ 常用的 Predicate 包含：

    • PodFitsResources: 检查节点是否有足够的 CPU、内存等资源满足 Pod 的需求。 （房子够不够大？）
    • PodFitsHostPorts: 检查节点上是否有其他 Pod 占用了 Pod 需要的 HostPort。 （车位够不够？）
    • MatchNodeSelector: 检查节点是否满足 Pod 的 NodeSelector 或 NodeAffinity 的要求。 （房子是不是符合我的装修风格？）
    • NoDiskConflict: 检查节点上是否有与 Pod 冲突的 Volume。 (储藏室够不够？)

  3. 优选 (Priority): 这一步就是“打分”，对通过预选的节点进行评分，选出最合适的节点。 调度器会根据一系列 Priority 函数对节点进行评分，每个函数都会给节点一个分数，最终将所有分数加权求和，得出最终得分。 这个过程就像搬家公司会对每个房子进行评估，比如哪个房子离你近，哪个房子停车方便，哪个房子楼层低，综合打分选出最优方案。 常用的 Priority 函数包含：

    • LeastRequestedPriority: 优先选择资源利用率较低的节点。 (空房间更多！)
    • BalancedResourceAllocation: 尽量平衡 CPU 和内存的利用率。 (房间格局更合理！)
    • NodeAffinityPriority: 根据 NodeAffinity 的偏好程度进行评分。 (更喜欢带有阳台的房间！)
    • TaintTolerationPriority: 根据 Pod 的 Toleration 和节点的 Taint 进行评分。 (可以容忍一些小瑕疵，比如稍微有点吵。)
    • NodePreferAvoidPodsPriority: 避免将 Pod 调度到被打上 node.kubernetes.io/prefer-unavailable Taint 的节点。 (尽量别住闹鬼的房子！) 👻

  4. 选择 (Select): 根据评分结果，选择得分最高的节点。 如果多个节点的得分相同，则随机选择一个。 (最终选定最好的房子！)

  5. 绑定 (Bind): 调度器通过 API Server 将 Pod 的 NodeName 字段设置为选定的节点。 这会将 Pod 绑定到该节点，然后 kubelet 就会负责在该节点上启动 Pod。 (搬家完成，签字确认！)

三、调度策略：搬家公司的服务条款 📜

K8s 调度器提供了多种调度策略，以满足不同的应用需求。 就像搬家公司有不同的服务套餐，你可以根据自己的需求选择最合适的。

  • 默认调度器 (Default Scheduler): 这是 K8s 自带的调度器，也是最常用的调度器。 它使用预选和优选算法，根据节点的资源利用率、亲和性、容忍度等因素进行调度。 (标准套餐，经济实惠。)
  • 多调度器 (Multiple Schedulers): 你可以配置多个调度器，每个调度器负责不同的 Pod。 例如，你可以配置一个调度器专门负责调度对性能要求高的 Pod，另一个调度器负责调度对成本敏感的 Pod。 (VIP定制套餐，满足各种特殊需求。)
  • 自定义调度器 (Custom Scheduler): 你可以编写自己的调度器，实现更复杂的调度逻辑。 例如，你可以根据应用的负载情况、地理位置等因素进行调度。 (私人定制，打造独一无二的搬家服务！)

四、 调度优化：让搬家公司更给力💪

虽然 K8s 调度器已经很智能了，但我们仍然可以通过一些方法来优化调度，提高资源利用率和服务可用性。

  • 资源限制 (Resource Limits): 为 Pod 设置合理的资源限制，避免 Pod 占用过多的资源，导致其他 Pod 无法调度。 (告诉搬家公司，哪些家具是重点保护对象！)
  • 亲和性和反亲和性 (Affinity & Anti-Affinity): 使用 NodeAffinity 和 PodAffinity/AntiAffinity，可以控制 Pod 调度到哪些节点，或者避免 Pod 调度到某些节点。 例如，你可以将相关的 Pod 调度到同一个节点，提高通信效率；或者将重要的 Pod 调度到不同的节点，避免单点故障。 (指定哪些家具要放在一起，哪些家具要分开！)
  • 污点和容忍度 (Taints & Tolerations): 使用 Taint 和 Toleration 可以控制 Pod 是否可以调度到某些节点。 例如，你可以给某些节点打上 Taint，只有具有相应 Toleration 的 Pod 才能调度到这些节点。 (有些房子比较特殊，只有特定的租客才能入住！)
  • 优先级类 (PriorityClass): 使用 PriorityClass 可以为 Pod 设置优先级，优先级高的 Pod 可以抢占优先级低的 Pod 的资源。 (给重要的家具贴上VIP标签，可以优先搬运！)

五、 实际案例： 搬家公司实战演练 🎬

咱们来模拟几个实际场景，看看调度器是如何工作的：

  • 场景一： 资源不足

    假设有一个 Pod 需要 2 核 CPU 和 4GB 内存，但是某个节点只有 1 核 CPU 和 2GB 内存。 这时，调度器会通过 PodFitsResources Predicate 过滤掉该节点，不会将 Pod 调度到该节点。

  • 场景二： 亲和性调度

    假设有两个 Pod，分别是 Web 应用和数据库，我们希望将它们调度到同一个节点，以减少网络延迟。 这时，我们可以使用 PodAffinity，将 Web 应用和数据库绑定到同一个节点。

  • 场景三： 反亲和性调度

    假设有两个相同的 Pod，我们希望将它们调度到不同的节点，以提高可用性。 这时，我们可以使用 PodAntiAffinity，避免将这两个 Pod 调度到同一个节点。

六、 表格总结： 调度器的关键要素 📝

概念 解释 搬家公司类比
Pod K8s 中最小的部署单元，包含一个或多个容器。 家具，需要搬运的物品
Node K8s 集群中的工作节点，运行 Pod。 房子，Pod 最终要入住的地方
Scheduler 负责将 Pod 调度到合适的 Node。 搬家公司，负责将家具搬到合适的房子
Predicate 预选算法，用于过滤不满足 Pod 要求的 Node。 筛选，检查哪些房子满足家具的要求（例如，房子够大，有电梯）
Priority 优选算法，用于对满足 Pod 要求的 Node 进行评分，选出最合适的 Node。 评估，对满足条件的房子进行打分，选出最优方案（例如，房子离你近，停车方便）
Affinity/Anti-Affinity 亲和性和反亲和性，用于控制 Pod 调度到哪些 Node，或者避免 Pod 调度到某些 Node。 指定哪些家具要放在一起，哪些家具要分开
Taints/Tolerations 污点和容忍度，用于控制 Pod 是否可以调度到某些 Node。 有些房子比较特殊，只有特定的租客才能入住
Resource Limits 资源限制，为 Pod 设置合理的资源限制，避免 Pod 占用过多的资源。 告诉搬家公司，哪些家具是重点保护对象

七、 总结：选择正确的搬家公司，让你的应用高枕无忧 🛌

K8s 调度器是 K8s 集群的核心组件之一，它负责将 Pod 调度到最合适的节点，保证应用的正常运行。 通过理解调度器的原理和策略，我们可以更好地优化调度，提高资源利用率和服务可用性。

希望今天的讲解能够帮助大家更好地理解 K8s 调度器。 记住，选择一个靠谱的“搬家公司” (调度器)，才能让你的应用在 K8s 集群中安家落户，高枕无忧！ 感谢大家的收看，下次再见！ 👋

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注