• kubernetes Pod资源调度之优先(抢占)调度


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      对于运行各种负载(如Service、Job)的中等规模或者大规模的集群来说,出于各种原因,我们需要尽可能提高集群的资源利用率。而提高资源利用率的常规做法是采用优先级方案,即不同类型的负载对应不同的优先级,同时允许集群中的所有负载所需的资源总量超过集群可提供的资源,在这种情况下,当发生资源不足的情况时,系统可以选择释 放一些不重要的负载(优先级最低的),保障最重要的负载能够获取足够的资源稳定运行。

      Kubernetes 1.8版本之前,当集群的可用资源不足时,在用户提交新的Pod创建请求后,该Pod会一直处于Pending状态,即使这个Pod是一个很重要(很有身份)的Pod,也只能被动等待其他Pod被删除并释放资源,才能有机会被调度成功。

      Kubernetes 1.8版本引入了基于Pod优先级 抢占Pod Priority Preemption的调度策略,此时Kubernetes会尝试释放目标节点上低优先级的Pod,以腾出空间(资源)安置高优先级的Pod,这种调度方式被称为“抢占式调度”。在Kubernetes 1.11版本中,该特性升级为Beta版本,默认开启,在后继的Kubernetes 1.14版本中正式Release。如何声明一个负载相对其他负载“更重要”?我们可以通过以下几个维度来定义:

      • Priority,优先级
      • QoS,服务质量等级
      • 系统定义的其他度量指标

      优先级抢占调度策略的核心行为分别是驱逐Eviction与抢占Preemption,这两种行为的使用场景不同,效果相同。Evictionkubelet进程的行为,即当一个Node发生资源不足under resource pressure的情况时,该节点上的kubelet进程会执行驱逐动作,此时Kubelet会综合考虑Pod的优先级、资源申请量与实际使用量等信息来计算哪些Pod需要被驱逐;当同样优先级的Pod需要被驱逐时,实际使用的资源量超过申请量最大倍数的高耗能Pod会被首先驱逐。对于QoS等级为Best EffortPod来说,由于没有定义资源申请CPU/Memory Request,所以它们实际使用的资源可能非常大。Preemption则是Scheduler执行的行为,当一个新的Pod因为资源无法满足而不能被调度时,Scheduler可能(有权决定)选择驱逐部分低优先级的Pod实例来满足此Pod的调度目标,这就是Preemption机制。

      需要注意的是,Scheduler可能会驱逐Node A上的一个Pod以满足Node B上的一个新Pod的调度任务。比如下面的这个例子:

      一个低优先级的Pod A在Node A(属于机架R)上运行,此时有一个高优先级的 Pod B等待调度,目标节点是同属机架R的Node B,他们中的一个或全部都定义了antiaffinity规则,不允许在同一个机架上运行,此时Scheduler只好“丢车保帅”,驱逐低优 先级的Pod A以满足高优先级的Pod B的调度。

      Pod优先级调度示例如下
      首先,由集群管理员创建PriorityClassesPriorityClass不属于任何命名空间:

      ---
      apiVersion: scheduling.k8s.io/v1beta1
      kind: PriorityClass
      metadata:
        name: high-priority
      value: 1000000
      globalDefault: false
      description: "This priority class should be used for XYZ service pods only."
      

      上述YAML文件定义了一个名为high-priority的优先级类别,优先级为100000,数字越大,优先级越高,超过一亿的数字被系统保留,用于指派给系统组件。

      可以在任意Pod中引用上述Pod优先级类别:

      apiVersion: v1
      kind: Pod
      metadata:
        name: nginx
        labels:
          env: test
      spec:
        containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy: IfNotPresent
        priorityClassName: high-priority
      

      如果发生了需要抢占的调度,高优先级Pod就可能抢占节点N,并将其低优先级Pod驱逐出节点N,高优先级Podstatus信息中的nominatedNodeName字段会记录目标节点N的名称。需要注意,高优先级Pod仍然无法保证最终被调度到节点N上,在节点N上低优先级Pod被驱逐的过程中,如果有新的节点满足高优先级Pod的需求,就会把它调度到新的Node上。而如果在等待低优先级的Pod退出的过程中,又出现了优先级更高的Pod,调度器将会调度这个更高优先级的Pod到节点N上,并重新调度之前等待的高优先级Pod

      优先级抢占的调度方式可能会导致调度陷入“死循环”状态。当Kubernetes集群配置了多个调度器Scheduler时,这一行为可能就会发生,比如下面这个例子:

      Scheduler A为了调度一个(批)Pod,特地驱逐了一些Pod,因此在集群中有了空 余的空间可以用来调度,此时Scheduler B恰好抢在Scheduler A之前调度了一个新的 Pod,消耗了相应的资源,因此,当Scheduler A清理完资源后正式发起Pod的调度时, 却发现资源不足,被目标节点的kubelet进程拒绝了调度请求!这种情况的确无解,因 此最好的做法是让多个Scheduler相互协作来共同实现一个目标。

      最后要指出一点:使用优先级抢占的调度策略可能会导致某些Pod永远无法被成功调度。因此优先级调度不但增加了系统的复杂性,还可能带来额外不稳定的因素。因此,一旦发生资源紧张的局面,首先要考 虑的是集群扩容,如果无法扩容,则再考虑有监管的优先级调度特性, 比如结合基于Namespace的资源配额限制来约束任意优先级抢占行为。

      文章参考来源:《kubernetes权威指南-第4版》

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