Kubernetes--Pod优先级调度

一、Pod Priority Preemption

    对于运行的各种负载(如Service、Job)的中等规模或者打规模的集群来说,由于各种原因,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,即不同负载对应不用的优先级,同时允许集群中的所有负载所需的资源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下时,系统可以选择性释放一些不重要的负载(优先级最低的),保证最重要的负载能够获取足够的资源稳定运行。

     在Kubernetes1.8版本之前,当集群的可用资源不足时,在用户提交新的Pod创建请求之后,该Pod会一直处于Pending状态,即使这个Pod是一个重要的Pod,也只能被动等待其它Pod被删除并释放资源,才能被调度成功。Kubernetes 1.8版本之后引入基于Pod优先级(Pod Priority Preempition)的调度策略,此时Kubernetes会尝试释放Pod,这种调度方式被称为“抢占式调度”。如果声明一个负载相对其它负载“更重要”,可以通过以下几个维度定义:

  • Priority,优先级
  • Qos,服务器质量等级
  • 系统定义的其它度量指标

   优先级抢占式调度策略的核心行为分别是驱逐(Eviction)和抢占式(Preemption),这两种行为使用场景不同,效果相同。

          Eviction是kubelet进程的行为,即当一个Node资源不足时(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计算哪些Pod需要驱逐;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 Effort"的Pod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)选择驱逐部分优先级低的Pod实例来满足此Pod的调度目标,这就是Preemption机制。Scheduler可能会驱逐Node A上的一个Pod以满足Node B上的一个新的Pod调度任务。比如:

      一个低优先级的Pod A在Nde A(属于机架R)上运行时,此时一个高优先级的Pob B等待调度,目标节点同属于机架R,他们中的一个或全部都定义了anti-affinity规则,不允许在同一个机架上运行,此时Scheduler只好驱逐低优先级的Pod A以满足高优先级的Pod B调度。

二、Pod优先级调度例子

 首先由管理员创建PriorityClasses,PriorityClass不属于任何命名空间:

apiVersion: schedule.k8s.io/v1beta1
kind: PriorityClass
metadate:
  name: high-priority
value: 100000
globalDefault: false
description: "This priority class should be use 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1亿的 数字被系统保留,用于指派给系统组件。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
- name: nginx
  label:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nignx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    priorityClassName: higt-priority

    如果发生了需要抢占式的调度,高优先级 Pod就可能抢占节点N,并且将其低优先级的Pod驱逐出节点N,高优先级Pod的status信息中的nominiatedNodeName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被驱逐过程中,如果有新的节点满足高优先级Pod的需求,又出现了优先级更高的Pod,调度器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。

    优先级抢占式调度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,这一行为可能会发生,比如:

    scheduler A为了调度一个(批)Job,特定驱逐一些Pod,因此在集群中有了空余的空间可以用来调度,此时Scheduler B恰好抢先在Scheduler A之前调度了一个新的Pod,消耗了相应的资源。因此,Scheduler A清理完资源后正式发起Pod调度时,却发现资源不足,被目标节点的kubelet进程拒绝调度请求,这种情况就无解了,最好的做法就是让多个Scheduler协同工作共同实现一个目标。

    使用优先级抢占式调度策略可能会导致某些Pod永远无法成功被调度。因此优先级调度不但增加了系统的复杂性,还可能带来额外的不稳定因素。因此,一旦资源紧张局面,首先考虑的是集群扩容。

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