调度框架

调度框架是 Kubernetes 调度器的可插拔架构。它包含一组直接编译到调度器中的“插件”API。这些 API 允许将大多数调度功能作为插件实现，同时保持调度“核心”轻量级且易于维护。有关框架设计的更多技术信息，请参阅调度框架设计提案。

框架工作流

调度框架定义了一些扩展点。调度器插件注册以在一个或多个扩展点被调用。其中一些插件可以改变调度决策，有些则仅提供信息。

每次尝试调度一个 Pod 都分为两个阶段：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到集群。调度周期和绑定周期统称为“调度上下文”。

调度周期串行运行，而绑定周期可以并发运行。

如果 Pod 被确定为不可调度或发生内部错误，则调度或绑定周期可以中止。Pod 将返回队列并重试。

接口

下图显示了 Pod 的调度上下文以及调度框架公开的接口。

一个插件可以实现多个接口来执行更复杂或有状态的任务。

某些接口与可以通过调度器配置配置的调度器扩展点相匹配。

PreEnqueue（入队前）

这些插件在 Pod 被添加到内部活动队列（Pod 被标记为准备好调度）之前被调用。

只有当所有 PreEnqueue 插件都返回 Success 时，Pod 才被允许进入活动队列。否则，它将被放入内部不可调度 Pod 列表，并且不会获得 Unschedulable 条件。

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 中的调度队列。

EnqueueExtension（入队扩展）

EnqueueExtension 是插件可以根据集群中的变化控制是否重试调度被此插件拒绝的 Pod 的接口。实现 PreEnqueue、PreFilter、Filter、Reserve 或 Permit 的插件应该实现此接口。

QueueingHint（入队提示）

QueueingHint 是一个回调函数，用于决定 Pod 是否可以重新排入活动队列或退避队列。它在集群中发生某种类型的事件或变化时执行。当 QueueingHint 发现事件可能使 Pod 可调度时，Pod 将被放入活动队列或退避队列，以便调度器将重试 Pod 的调度。

QueueSort（队列排序）

这些插件用于在调度队列中对 Pod 进行排序。队列排序插件本质上提供了一个 Less(Pod1, Pod2) 函数。一次只能启用一个队列排序插件。

PreFilter（预过滤）

这些插件用于预处理 Pod 的信息，或检查集群或 Pod 必须满足的某些条件。如果 PreFilter 插件返回错误，调度周期将中止。

Filter（过滤）

这些插件用于过滤掉无法运行 Pod 的节点。对于每个节点，调度器将按照其配置的顺序调用过滤插件。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其余插件。节点可以并发评估。

PostFilter（后过滤）

这些插件在过滤阶段之后被调用，但仅当未找到可行的节点时才被调用。插件按照其配置的顺序被调用。如果任何 PostFilter 插件将节点标记为 Schedulable，则不会调用其余插件。典型的 PostFilter 实现是抢占，它尝试通过抢占其他 Pod 使 Pod 可调度。

PreScore（预打分）

这些插件用于执行“预打分”工作，为 Score 插件生成可共享状态。如果 PreScore 插件返回错误，调度周期将中止。

Score（打分）

这些插件用于对已通过过滤阶段的节点进行排名。调度器将为每个节点调用每个打分插件。将有一个明确定义的整数范围表示最小和最大分数。在NormalizeScore阶段之后，调度器将根据配置的插件权重组合所有插件的节点分数。

容量打分

功能门控 VolumeCapacityPriority 在 v1.32 中用于支持静态供应的存储。从 v1.33 开始，新的功能门控 StorageCapacityScoring 取代了旧的 VolumeCapacityPriority 门控，并增加了对动态供应存储的支持。当 StorageCapacityScoring 启用时，kube-scheduler 中的 VolumeBinding 插件被扩展，根据每个节点上的存储容量对节点进行打分。此功能适用于支持存储容量的 CSI 卷，包括由 CSI 驱动程序支持的本地存储。

NormalizeScore（标准化打分）

这些插件用于在调度器计算节点的最终排名之前修改分数。注册此扩展点的插件将使用同一插件的Score结果进行调用。每个调度周期每个插件调用一次。

例如，假设一个插件 BlinkingLightScorer 根据节点有多少闪烁灯来对节点进行排名。

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

但是，闪烁灯的最大计数可能相对于 NodeScoreMax 较小。为了解决这个问题，BlinkingLightScorer 也应该注册此扩展点。

func NormalizeScores(scores map[string]int) {
    highest := 0
    for _, score := range scores {
        highest = max(highest, score)
    }
    for node, score := range scores {
        scores[node] = score*NodeScoreMax/highest
    }
}

如果任何 NormalizeScore 插件返回错误，调度周期将中止。

Reserve（保留）

实现 Reserve 接口的插件有两个方法，即 Reserve 和 Unreserve，它们分别支持两个信息性调度阶段：Reserve 和 Unreserve。维护运行时状态（又称“有状态插件”）的插件应使用这些阶段，以便调度器在为给定 Pod 保留和取消保留节点上的资源时通知它们。

Reserve 阶段发生在调度器实际将 Pod 绑定到其指定节点之前。它的存在是为了防止调度器等待绑定成功时出现竞态条件。每个 Reserve 插件的 Reserve 方法可以成功或失败；如果一个 Reserve 方法调用失败，则后续插件不会执行，并且 Reserve 阶段被视为失败。如果所有插件的 Reserve 方法都成功，则 Reserve 阶段被视为成功，并执行调度周期的其余部分和绑定周期。

如果 Reserve 阶段或后续阶段失败，则会触发 Unreserve 阶段。此时，所有 Reserve 插件的 Unreserve 方法将以与 Reserve 方法调用相反的顺序执行。此阶段用于清理与保留 Pod 相关联的状态。

Permit（许可）

Permit 插件在每个 Pod 的调度周期结束时被调用，以防止或延迟绑定到候选节点。许可插件可以执行以下三件事之一：

1. 批准
   一旦所有许可插件批准一个 Pod，它就会被发送进行绑定。

2. 拒绝
   如果任何许可插件拒绝一个 Pod，它将返回到调度队列。这将触发保留插件中的 Unreserve 阶段。

3. 等待（带超时）
   如果许可插件返回“wait”，则 Pod 将保留在内部“等待”Pod 列表中，并且此 Pod 的绑定周期开始但直接阻塞，直到获得批准。如果发生超时，等待将变为拒绝，并且 Pod 将返回到调度队列，触发保留插件中的 Unreserve 阶段。

PreBind（预绑定）

这些插件用于在 Pod 绑定之前执行任何所需的工作。例如，预绑定插件可以在允许 Pod 在目标节点上运行之前预配网络卷并将其挂载到目标节点上。

如果任何 PreBind 插件返回错误，Pod 将被拒绝并返回到调度队列。

Bind（绑定）

这些插件用于将 Pod 绑定到节点。在所有 PreBind 插件完成之前，不会调用绑定插件。每个绑定插件都按照配置的顺序调用。绑定插件可以选择是否处理给定的 Pod。如果绑定插件选择处理一个 Pod，则跳过其余绑定插件。

PostBind（后绑定）

这是一个信息性接口。Post-bind 插件在 Pod 成功绑定后被调用。这是绑定周期的结束，可以用于清理相关联的资源。

插件 API

插件 API 有两个步骤。首先，插件必须注册并进行配置，然后它们使用扩展点接口。扩展点接口具有以下形式。

type Plugin interface {
    Name() string
}

type QueueSortPlugin interface {
    Plugin
    Less(*v1.pod, *v1.pod) bool
}

type PreFilterPlugin interface {
    Plugin
    PreFilter(context.Context, *framework.CycleState, *v1.pod) error
}

// ...

插件配置

您可以在调度器配置中启用或禁用插件。如果您使用的是 Kubernetes v1.18 或更高版本，大多数调度插件默认都已启用。

除了默认插件，您还可以实现自己的调度插件，并将其与默认插件一起配置。您可以访问scheduler-plugins获取更多详细信息。

如果您使用的是 Kubernetes v1.18 或更高版本，您可以将一组插件配置为调度器配置文件，然后定义多个配置文件以适应各种类型的工作负载。在多个配置文件中了解更多信息。