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Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

来源:亿速云

时间:2023-05-03 19:13:49 399浏览 收藏

小伙伴们有没有觉得学习Golang很有意思?有意思就对了!今天就给大家带来《Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么》,以下内容将会涉及到scheduler、go语言、kube-scheduler,若是在学习中对其中部分知识点有疑问,或许看了本文就能帮到你!

今天小编给大家分享一下Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么的相关知识点,内容详细,逻辑清晰,相信大部分人都还太了解这方面的知识,所以分享这篇文章给大家参考一下,希望大家阅读完这篇文章后有所收获,下面我们一起来了解一下吧。

Scheduler之Profiles

下面我们先看下 Scheduler 的结构

type Scheduler struct {
   Cache internalcache.Cache
   Extenders []framework.Extender
   NextPod func() *framework.QueuedPodInfo
   FailureHandler FailureHandlerFn
   SchedulePod func(ctx context.Context, fwk framework.Framework, state  *framework.CycleState, pod *v1.Pod) (ScheduleResult, error)
   StopEverything 

为一个 Pod 选择一个 Node 是按照固定顺序运行扩展点的;在扩展点内,是按照插件注册的顺序运行插件,如下图

Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

上面的这些扩展点在 kube-scheduler 中是固定的,而且也不支持增加扩展点(实际上有这些扩展点已经足够了),而且扩展点顺序也是固定执行的。

下图是插件(以preFilter为例)运行的顺序,扩展点内的插件,你既可以调整插件的执行顺序(实际很少会修改默认的插件执行顺序),可以关闭某个内置插件,还可以增加自己开发的插件。

Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

那么这些插件是怎么注册的,注册在哪里呢,自己开发的插件又是怎么加进去的呢?

我们来看下 Scheduler 里面最重要的一个成员:Profiles profile.Map

// 路径:pkg/scheduler/profile/profile.go
// Map holds frameworks indexed by scheduler name.
type Map map[string]framework.Framework

Profiles 是一个 key 为 scheduler name,value 是 framework.Framework 的map,表示根据 scheduler name 来获取 framework.Framework 类型的值,所以可以有多个scheduler。或许你在使用 k8s 的时候没有关注过 pod 或 deploment 里面的 scheduler,因为你没有指定的话,k8s 就会自动设置为默认的调度器,下图是 deployment 中未指定 schedulerName 被设置了默认调度器的一个deployment

Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

假设现在我想要使用自己开发的一个名叫 my-scheduler-1 的调度器,这个调度器在 preFilter 扩展点中增加了 zoneLabel 插件,怎么做?

使用 kubeadm 部署的 k8s 集群,会在 /etc/kubernetes/manifests 目录下创建 kube-scheduler.yaml 文件,kubelet 会根据这个文件自动拉起来一个静态 Pod,一个 kube-scheduler pod就被创建了,而且这个 kube-scheduler 运行的参数是直接在命令行上指定的。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    component: kube-scheduler
    tier: control-plane
  name: kube-scheduler
  namespace: kube-system
spec:
  containers:
  - command:
    - kube-scheduler
    - --address=0.0.0.0
    - --authentication-kubeconfig=/etc/kubernetes/scheduler.conf
    - --authorization-kubeconfig=/etc/kubernetes/scheduler.conf
    - --bind-address=127.0.0.1
    - --kubeconfig=/etc/kubernetes/scheduler.conf
    - --leader-elect=true
    image: k8s.gcr.io/kube-scheduler:v1.16.8
    ....

其实 kube-scheduler 运行的时候可以指定配置文件,而不直接把参数写在启动命令上,如下形式。

./kube-scheduler --config /etc/kube-scheduler.conf

于是乎,我们就可以在配置文件中配置我们调度器的插件了

apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1beta2
kind: KubeSchedulerConfiguration
leaderElection:
  leaderElect: true
clientConnection:
  kubeconfig: "/etc/kubernetes/scheduler.conf"
profiles:
- schedulerName: my-scheduler
  plugins:
    preFilter:
      enabled:
        - name: zoneLabel
      disabled:
        - name: NodePorts

我们可以使用 enabled,disabled 开关来关闭或打开某个插件。 通过配置文件,还可以控制扩展点的调用顺序,规则如下:

  • 如果某个扩展点没有配置对应的扩展,调度框架将使用默认插件中的扩展

  • 如果为某个扩展点配置且激活了扩展,则调度框架将先调用默认插件的扩展,再调用配置中的扩展

  • 默认插件的扩展始终被最先调用,然后按照 KubeSchedulerConfiguration 中扩展的激活 enabled 顺序逐个调用扩展点的扩展

  • 可以先禁用默认插件的扩展,然后在 enabled 列表中的某个位置激活默认插件的扩展,这种做法可以改变默认插件的扩展被调用时的顺序

还可以添加多个调度器,在 deployment 等控制器中指定自己想要使用的调度器即可:

apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1beta2
kind: KubeSchedulerConfiguration
leaderElection:
  leaderElect: true
clientConnection:
  kubeconfig: "/etc/kubernetes/scheduler.conf"
profiles:
- schedulerName: my-scheduler-1
  plugins:
    preFilter:
      enabled:
        - name: zoneLabel
- schedulerName: my-scheduler-2
  plugins:
    queueSort:
      enabled:
        - name: mySort

当然了,现在我们在配置文件中定义的 mySort,zoneLabel 这样的插件还不能使用,我们需要开发具体的插件注册进去,才能正常运行,后面的文章会详细讲。

好了,现在 Profiles 成员(一个map)已经包含了两个元素,{"my-scheduler-1": framework.Framework ,"my-scheduler-2": framework.Framework}。当一个 Pod 需要被调度的时候,kube-scheduler 会先取出 Pod 的 schedulerName 字段的值,然后通过 Profiles[schedulerName],拿到 framework.Framework 对象,进而使用这个对象开始调度,我们可以用下面这种张图总结下上面描述的各个对象的关系。

Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

那么重点就来到了 framework.Framework ,下面是 framework.Framework 的定义:

// pkg/scheduler/framework/interface.go
type Framework interface {
   Handle
   QueueSortFunc() LessFunc
   RunPreFilterPlugins(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod) (*PreFilterResult, *Status)
   RunPostFilterPlugins(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, filteredNodeStatusMap NodeToStatusMap) (*PostFilterResult, *Status)
   RunPreBindPlugins(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string) *Status
   RunPostBindPlugins(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string)
   RunReservePluginsReserve(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string) *Status
   RunReservePluginsUnreserve(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string)
   RunPermitPlugins(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string) *Status
   WaitOnPermit(ctx context.Context, pod *v1.Pod) *Status
   RunBindPlugins(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeName string) *Status
   HasFilterPlugins() bool
   HasPostFilterPlugins() bool
   HasScorePlugins() bool
   ListPlugins() *config.Plugins
   ProfileName() string
}

Framework 是一个接口,需要实现的方法大部分形式为:Run***Plugins,也就是运行某个扩展点的插件,那么只要实现这个 Framework 接口就可以对 Pod 进行调度了。那么需要用户自己实现么?答案是不用,kube-scheduler 已经有一个该接口的实现:frameworkImpl

// pkg/scheduler/framework/runtime/framework.go
type frameworkImpl struct {
	registry             Registry
	snapshotSharedLister framework.SharedLister
	waitingPods          *waitingPodsMap
	scorePluginWeight    map[string]int
	queueSortPlugins     []framework.QueueSortPlugin
	preFilterPlugins     []framework.PreFilterPlugin
	filterPlugins        []framework.FilterPlugin
	postFilterPlugins    []framework.PostFilterPlugin
	preScorePlugins      []framework.PreScorePlugin
	scorePlugins         []framework.ScorePlugin
	reservePlugins       []framework.ReservePlugin
	preBindPlugins       []framework.PreBindPlugin
	bindPlugins          []framework.BindPlugin
	postBindPlugins      []framework.PostBindPlugin
	permitPlugins        []framework.PermitPlugin
	clientSet       clientset.Interface
	kubeConfig      *restclient.Config
	eventRecorder   events.EventRecorder
	informerFactory informers.SharedInformerFactory
	metricsRecorder *metricsRecorder
	profileName     string
	extenders []framework.Extender
	framework.PodNominator
	parallelizer parallelize.Parallelizer
}

frameworkImpl 这个结构体里面包含了每个扩展点插件数组,所以某个扩展点要被执行的时候,只要遍历这个数组里面的所有插件,然后执行这些插件就可以了。我们看看 framework.FilterPlugin 是怎么定义的(其他的也类似):

type Plugin interface {
	Name() string
}
type FilterPlugin interface {
	Plugin
	Filter(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeInfo *NodeInfo) *Status
}

插件数组的类型是一个接口,那么某个插件只要实现了这个接口就可以被运行。实际上,我们前面说的那些默认插件,都实现了这个接口,在目录 pkg/scheduler/framework/plugins 目录下面包含了所有内置插件的实现,主要就是对上面说的这个插件接口的实现。我们可以简单用图描述下 Pod被调度的时候执行插件的流程

Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

那么这些默认插件是怎么加到framework里面的,自定义插件又是怎么加进来的呢?

分三步:

  • 根据配置文件(--config指定的)、系统默认的插件,按照扩展点生成需要被加载的插件数组(包括插件名字,权重信息),也就是初始化 KubeSchedulerConfiguration 中的 Profiles 成员。

type KubeSchedulerConfiguration struct {
  metav1.TypeMeta
  Parallelism int32
  LeaderElection componentbaseconfig.LeaderElectionConfiguration
  ClientConnection componentbaseconfig.ClientConnectionConfiguration
  HealthzBindAddress string
  MetricsBindAddress string
  componentbaseconfig.DebuggingConfiguration
  PercentageOfNodesToScore int32
  PodInitialBackoffSeconds int64
  PodMaxBackoffSeconds int64
  Profiles []KubeSchedulerProfile
  Extenders []Extender
}
  • 创建 registry 集合,这个集合内是每个插件实例化函数,也就是 插件名字->插件实例化函数的映射,通俗一点说就是告诉系统:1.我叫王二; 2. 你应该怎么把我创建出来。那么张三、李四、王五分别告诉系统怎么创建自己,就组成了这个集合。

type PluginFactory = func(configuration runtime.Object, f framework.Handle) (framework.Plugin, error)
type Registry map[string]PluginFactory

这个集合是内置(叫inTree)默认的插件映射和用户自定义(outOfTree)的插件映射的并集,内置的映射通过下面函数创建:

// pkg/scheduler/framework/plugins/registry.go
func NewInTreeRegistry() runtime.Registry {
	fts := plfeature.Features{
		EnableReadWriteOncePod:                       feature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.ReadWriteOncePod),
		EnableVolumeCapacityPriority:                 feature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.VolumeCapacityPriority),
		EnableMinDomainsInPodTopologySpread:          feature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.MinDomainsInPodTopologySpread),
		EnableNodeInclusionPolicyInPodTopologySpread: feature.DefaultFeatureGate.Enabled(features.NodeInclusionPolicyInPodTopologySpread),
	}
	return runtime.Registry{
		selectorspread.Name:                  selectorspread.New,
		imagelocality.Name:                   imagelocality.New,
		tainttoleration.Name:                 tainttoleration.New,
		nodename.Name:                        nodename.New,
		nodeports.Name:                       nodeports.New,
		nodeaffinity.Name:                    nodeaffinity.New,
		podtopologyspread.Name:               runtime.FactoryAdapter(fts, podtopologyspread.New),
		nodeunschedulable.Name:               nodeunschedulable.New,
		noderesources.Name:                   runtime.FactoryAdapter(fts, noderesources.NewFit),
		noderesources.BalancedAllocationName: runtime.FactoryAdapter(fts, noderesources.NewBalancedAllocation),
		volumebinding.Name:                   runtime.FactoryAdapter(fts, volumebinding.New),
		volumerestrictions.Name:              runtime.FactoryAdapter(fts, volumerestrictions.New),
		volumezone.Name:                      volumezone.New,
		nodevolumelimits.CSIName:             runtime.FactoryAdapter(fts, nodevolumelimits.NewCSI),
		nodevolumelimits.EBSName:             runtime.FactoryAdapter(fts, nodevolumelimits.NewEBS),
		nodevolumelimits.GCEPDName:           runtime.FactoryAdapter(fts, nodevolumelimits.NewGCEPD),
		nodevolumelimits.AzureDiskName:       runtime.FactoryAdapter(fts, nodevolumelimits.NewAzureDisk),
		nodevolumelimits.CinderName:          runtime.FactoryAdapter(fts, nodevolumelimits.NewCinder),
		interpodaffinity.Name:                interpodaffinity.New,
		queuesort.Name:                       queuesort.New,
		defaultbinder.Name:                   defaultbinder.New,
		defaultpreemption.Name:               runtime.FactoryAdapter(fts, defaultpreemption.New),
	}
}

那么用户自定义的插件怎么来的呢?这里咱们先不展开,在后面插件开发的时候再详细讲,不影响我们理解。我们假设用户自定义的也已经生成了 registry,下面的代码就是把他们合并在一起

// pkg/scheduler/scheduler.go
registry := frameworkplugins.NewInTreeRegistry()
if err := registry.Merge(options.frameworkOutOfTreeRegistry); err != nil {
	return nil, err
}

现在内置插件和系统默认插件的实例化函数映射已经创建好了

  • 将(1)中每个扩展点的每个插件(就是插件名字)拿出来,去(2)的映射(map)中获取实例化函数,然后运行这个实例化函数,最后把这个实例化出来的插件(可以被运行的)追加到上面提到过的 frameworkImpl 中对应扩展点数组中,这样后面要运行某个扩展点插件的时候就可以遍历运行就可以了。我们可以把上述过程用下图表示

Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么

Scheduler 之 SchedulingQueue

上面我们介绍了 Scheduler 第一个关键成员 Profiles 的初始化和作用,下面我们来谈谈第二个关键成员:SchedulingQueue

// pkg/scheduler/scheduler.go
podQueue := internalqueue.NewSchedulingQueue(
	profiles[options.profiles[0].SchedulerName].QueueSortFunc(),
	informerFactory,
	// 1s
	internalqueue.WithPodInitialBackoffDuration(time.Duration(options.podInitialBackoffSeconds)*time.Second),
	// 10s
	internalqueue.WithPodMaxBackoffDuration(time.Duration(options.podMaxBackoffSeconds)*time.Second),
	internalqueue.WithPodNominator(nominator),
	internalqueue.WithClusterEventMap(clusterEventMap),
	// 5min
	internalqueue.WithPodMaxInUnschedulablePodsDuration(options.podMaxInUnschedulablePodsDuration),
)
func NewSchedulingQueue(
	lessFn framework.LessFunc,
	informerFactory informers.SharedInformerFactory,
	opts ...Option) SchedulingQueue {
	return NewPriorityQueue(lessFn, informerFactory, opts...)
}
type PriorityQueue struct {
  framework.PodNominator
  stop  chan struct{}
  clock clock.Clock
  podInitialBackoffDuration time.Duration
  podMaxBackoffDuration time.Duration
  podMaxInUnschedulablePodsDuration time.Duration
  lock sync.RWMutex
  cond sync.Cond
  activeQ *heap.Heap
  podBackoffQ *heap.Heap
  unschedulablePods *UnschedulablePods
  schedulingCycle int64
  moveRequestCycle int64
  clusterEventMap map[framework.ClusterEvent]sets.String
  closed bool
  nsLister listersv1.NamespaceLister
}

SchedulingQueue 是一个 internalqueue.SchedulingQueue 的接口类型,PriorityQueue 对这个接口进行了实现,创建 Scheduler 的时候 SchedulingQueue 会被 PriorityQueue 类型对象赋值。

PriorityQueue 中有关键的3个成员:activeQ、podBackoffQ、unschedulablePods。

  • activeQ 是一个优先队列,用来存放待调度的 Pod,Pod 按照优先级存放在队列中

  • podBackoffQ 用来存放异常的 Pod, 该队列里面的 Pod 会等待一定时间后被移动到 activeQ 里面重新被调度

  • unschedulablePods 中会存放调度失败的 Pod,它不是队列,而是使用 map 来存放的,这个 map 里面的 Pod 在一定条件下会被移动到 activeQ 或 podBackoffQ 中

PriorityQueue 还有两个方法:flushUnschedulablePodsLeftover 和 flushBackoffQCompleted

  • flushUnschedulablePodsLeftover:调度失败的 Pod 如果满足一定条件,这个函数会将这种 Pod 移动到 activeQ 或 podBackoffQ

  • flushBackoffQCompleted:运行异常的 Pod 等待时间完成后,flushBackoffQCompleted 将该 Pod 移动到 activeQ

Scheduler 在启动的时候,会创建2个协程来定期运行这两个函数

func (p *PriorityQueue) Run() {
   go wait.Until(p.flushBackoffQCompleted, 1.0*time.Second, p.stop)
   go wait.Until(p.flushUnschedulablePodsLeftover, 30*time.Second, p.stop)
}

上面是定期对 Pod 在这些队列之间的转换,那么除了定期刷新的方式,还有下面情况也会触发队列转换:

  • 有新节点加入集群

  • 节点配置或状态发生变化

  • 已经存在的 Pod 发生变化

  • 集群内有Pod被删除

Scheduler 之 cache

要说 cache 最大的作用就是提升 Scheduler 的效率,降低 kube-apiserver(本质是 etcd)的压力,在调用各个插件计算的时候所需要的 Node 信息和其他 Pod 信息都缓存在本地,在需要使用的时候直接从缓存获取即可,而不需要调用 api 从 kube-apiserver 获取。cache 类型是 internalcache.Cache 的接口,cacheImpl 实现了这个接口。

下面是 cacheImpl 的结构

type Cache interface 
  NodeCount() int
  PodCount() (int, error)
  AssumePod(pod *v1.Pod) error
  FinishBinding(pod *v1.Pod) error
  ForgetPod(pod *v1.Pod) error
  AddPod(pod *v1.Pod) error
  UpdatePod(oldPod, newPod *v1.Pod) error
  RemovePod(pod *v1.Pod) error
  GetPod(pod *v1.Pod) (*v1.Pod, error)
  IsAssumedPod(pod *v1.Pod) (bool, error)
  AddNode(node *v1.Node) *framework.NodeInfo
  UpdateNode(oldNode, newNode *v1.Node) *framework.NodeInfo
  RemoveNode(node *v1.Node) error
  UpdateSnapshot(nodeSnapshot *Snapshot) error
  Dump() *Dump
}
type cacheImpl struct {
  stop   

cacheImpl 中的 nodes 存放集群内所有 Node 信息;podStates 存放所有 Pod 信息;,assumedPods 存放已经调度成功但是还没调用 kube-apiserver 的进行绑定的(也就是还没有执行 bind 插件)的Pod,需要这个缓存的原因也是为了提升调度效率,将绑定和调度分开,因为绑定需要调用 kube-apiserver,这是一个重操作会消耗比较多的时间,所以 Scheduler 乐观的假设调度已经成功,然后返回去调度其他 Pod,而这个 Pod 就会放入 assumedPods 中,并且也会放入到 podStates 中,后续其他 Pod 在进行调度的时候,这个 Pod 也会在插件的计算范围内(如亲和性), 然后会新起协程进行最后的绑定,要是最后绑定失败了,那么这个 Pod 的信息会从 assumedPods 和 podStates 移除,并且把这个 Pod 重新放入 activeQ 中,重新被调度。

Scheduler 在启动时首先会 list 一份全量的 Pod 和 Node 数据到上述的缓存中,后续通过 watch 的方式发现变化的 Node 和 Pod,然后将变化的 Node 或 Pod 更新到上述缓存中。

Scheduler 之 NextPod 和 SchedulePod

到了这里,调度框架 framework 和调度队列 SchedulingQueue 都已经创建出来了,现在是时候开始调度Pod了。

Scheduler 中有个成员 NextPod 会从 activeQ 队列中尝试获取一个待调度的 Pod,该函数在 SchedulePod 中被调用,如下:

// 启动 Scheduler
func (sched *Scheduler) Run(ctx context.Context) {
	sched.SchedulingQueue.Run()
	go wait.UntilWithContext(ctx, sched.scheduleOne, 0)
	

NextPod 它被赋予如下函数:

// pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go
func MakeNextPodFunc(queue SchedulingQueue) func() *framework.QueuedPodInfo {
	return func() *framework.QueuedPodInfo {
		podInfo, err := queue.Pop()
		if err == nil {
			klog.V(4).InfoS("About to try and schedule pod", "pod", klog.KObj(podInfo.Pod))
			for plugin := range podInfo.UnschedulablePlugins {
				metrics.UnschedulableReason(plugin, podInfo.Pod.Spec.SchedulerName).Dec()
			}
			return podInfo
		}
		klog.ErrorS(err, "Error while retrieving next pod from scheduling queue")
		return nil
	}
}

Pop 会一直阻塞,直到 activeQ 长度大于0,然后去取出一个 Pod 返回

// pkg/scheduler/internal/queue/scheduling_queue.go
func (p *PriorityQueue) Pop() (*framework.QueuedPodInfo, error) {
	p.lock.Lock()
	defer p.lock.Unlock()
	for p.activeQ.Len() == 0 {
		// When the queue is empty, invocation of Pop() is blocked until new item is enqueued.
		// When Close() is called, the p.closed is set and the condition is broadcast,
		// which causes this loop to continue and return from the Pop().
		if p.closed {
			return nil, fmt.Errorf(queueClosed)
		}
		p.cond.Wait()
	}
	obj, err := p.activeQ.Pop()
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	pInfo := obj.(*framework.QueuedPodInfo)
	pInfo.Attempts++
	p.schedulingCycle++
	return pInfo, nil
}

以上就是“Go语言kube-scheduler之scheduler初始化的方法是什么”这篇文章的所有内容,感谢各位的阅读!相信大家阅读完这篇文章都有很大的收获,小编每天都会为大家更新不同的知识,如果还想学习更多的知识,请关注golang学习网行业资讯频道。

今天带大家了解了scheduler、go语言、kube-scheduler的相关知识,希望对你有所帮助;关于Golang的技术知识我们会一点点深入介绍,欢迎大家关注golang学习网公众号,一起学习编程~

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