Kubernetes 中的调度框架与算法详解-JavaScript中文网-JavaScript教程资源分享门户

Kubernetes 是一个开源容器编排系统，可以自动化地部署、扩展和管理应用程序容器。调度是 Kubernetes 最重要的功能之一，在 Kubernetes 中，调度器负责将 Pod 分配到可用的节点上，并确保应用程序能够健康运行。

在本文中，我们将详细介绍 Kubernetes 的调度机制，包括调度框架和算法，并给出示例代码，帮助您快速了解如何在 Kubernetes 中开展调度工作。

Kubernetes 调度框架

Kubernetes 的调度框架由两个主要的组件构成：调度器和调度策略。

调度器

调度器是 Kubernetes 集群中的主要组件之一，它是一个独立的组件，负责将 Pod 分配到可用的节点上。当用户提交一个 Pod 到 Kubernetes 中时，调度器会根据一定的规则来选择合适的节点，并将 Pod 分配到该节点上。

在 Kubernetes 1.13 版本之前，Kubernetes 的调度器是以单节点模式运行的，即调度器只能在控制平面节点上运行。在 Kubernetes 1.13 版本之后，Kubernetes 支持了多调度器模式，可以在集群中任意的节点上运行调度器，从而提高了集群的稳定性和可靠性。

调度策略

调度策略是 Kubernetes 中一种决策算法，它根据一定的规则来进行 Pod 的调度。Kubernetes 支持许多调度策略，包括 PodAntiAffinity、PodAffinity、NodeAffinity 等等，我们将在后文中详细介绍。

Kubernetes 调度算法

Kubernetes 的调度算法主要分为两种类型：预选算法和优选算法。

预选算法

预选算法主要作用在调度器的预选阶段。当有新的 Pod 需要进行调度时，调度器会根据预选算法规则来筛选出哪些节点是可以满足 Pod 调度的。预选算法主要包括以下几种。

Node Selector

Node Selector 是一种基于节点标签的调度策略，它通过选择标签匹配的节点来进行 Pod 的调度。当 Pod 中定义了 Node Selector 标签时，调度器会将这个标签与节点上的标签进行匹配，从而来决定在哪个节点上调度该 Pod。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
  nodeSelector:
    disktype: ssd
    brand: dell

在上述示例中，我们定义了一个具有 Node Selector 标签的 Pod，指定将 Pod 调度到拥有 disktype=ssd 和 brand=dell 的节点上。

Node Affinity

Node Affinity 是一种更加灵活的调度策略，它可以根据节点上的属性拓扑关系来进行 Pod 的调度。Node Affinity 可以分为两种类型：Required 和 Preferred。当使用 Required Node Affinity 时，Pod 必须满足这些条件才能被调度。而在 Preferred Node Affinity 下，调度器将优先选择满足条件的节点，但不一定必须选择这些节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: capacity
            operator: In
            values:
            - low

在上述示例中，我们定义了一个使用 Require Node Affinity 的 Pod，该 Pod 必须被调度到拥有 capacity=low 的节点上。

Pod Affinity

Pod Affinity 是一种用于调度容器的调度策略，它可以根据 Pod 之间的亲和性来进行调度。当 Pod 需要调度时，Pod Affinity 会将相应关系的 Pod 置于同一节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        - labelSelector:
            matchExpressions:
              - key: role
                operator: In
                values:
                - data-processing
          topologyKey: zone

在上述示例中，我们定义了一个使用 Pod Affinity 的 Pod，该 Pod 需要在拥有 role=data-processing 标签的 Pod 所在的节点上进行调度。

Pod Anti Affinity

Pod Anti Affinity 是一种防止相同类型的容器在同一节点上运行的调度策略。当 Pod 需要调度时，Pod Anti Affinity 会将相同类型的 Pod 放置在不同的节点上。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        - labelSelector:
            matchExpressions:
              - key: role
                operator: In
                values:
                - data-processing
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

在上述示例中，我们定义了一个使用 Pod Anti Affinity 的 Pod，该 Pod 需要在不同的节点上调度，以防止同一类型的 Pod 在同一节点上运行。

优选算法

优选算法是在经过预选算法筛选的节点中，通过优选算法来进行最终的选择。和预选算法不同的是，优选算法会考虑一些更加全面的因素，如节点负载、调度策略等。Kubernetes 支持许多优选算法，包括 Default、MostRequested、RequestSizes 等等。

Default

Default 算法是 Kubernetes 中默认的优选算法，该算法将节点的资源使用率作为选择节点的主要考虑因素。Default 算法会选择当前资源使用率最低的节点来进行 Pod 的调度。

MostRequested

MostRequested 算法是一种非常强大的优选算法，它可以根据节点上的负载情况来进行 Pod 的调度。MostRequested 算法将选择当前请求资源最大的节点来进行 Pod 的调度。

RequestSizes

RequestSizes 算法是一种基于资源请求大小的调度策略，它会将请求资源大小作为选择节点的主要考虑因素。RequestSizes 算法会选择节点上满足资源请求大小的 Pod 来进行调度。

示例代码

下面是一个使用 Kubernetes 调度功能构建的示例应用程序：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-container
        image: nginx
      nodeSelector:
        gpu: "true"

在上述示例中，我们定义了一个名为 my-deployment 的 Deployment 对象，该对象包含 3 个 Pod。matchLabels 和 nodeSelector 标记用于调度 Pod。在本例中，Pod 需要被调度到标记为 gpu: "true" 的节点上。

总结

Kubernetes 是一个强大的容器编排系统，在 Kubernetes 中，调度器和调度策略组成了调度框架，预选算法和优选算法则组成了调度算法。掌握这些技术，有助于您更好地理解 Kubernetes 的调度机制，并能实现更高效、更可靠的容器调度。

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Kubernetes 中的调度框架与算法详解