Kubernetes调度器与扩展器详解与分析

1. Kubernetes调度器概述

Kubernetes调度器（kube-scheduler）是Kubernetes集群的核心组件之一，负责将Pod分配到合适的节点上运行。
其核心目标是：

• 资源优化：确保集群资源（CPU、内存、GPU等）被高效利用。
• 策略驱动：根据用户定义的策略（如节点亲和性、资源请求等）进行调度。
• 高可用性：支持多副本部署，避免单点故障。

2. 调度器的工作流程

1. 监听Pod事件
   调度器通过Watch机制监听Kube-APIServer，筛选出PodSpec.NodeName为空的Pod（即未调度的Pod）。
2. 调度周期（Scheduling Cycle）

• 预选阶段（Predicates）：
  遍历集群中的所有节点，通过预选策略（如资源匹配、端口冲突、节点亲和性等）过滤掉不满足条件的节点。
• 优选阶段（Priorities）：
  对通过预选的节点进行打分（0-10分），选择得分最高的节点作为最佳调度目标。

3. 绑定周期（Binding Cycle）
   将Pod与选定的节点进行绑定，更新Kube-APIServer中的Pod信息

3.调度器的扩展方式

（1）默认调度器修改（Default Scheduler）

• 方式：直接修改Kubernetes默认调度器的代码，重新编译部署。
• 缺点：侵入性强，升级和维护困难。

（2）独立调度器（Standalone Scheduler）

• 方式：实现一个独立的调度器，与默认调度器并行运行。
• 优点：灵活性高，不与默认调度器冲突。
• 缺点：需要自行处理资源竞争和调度策略的一致性。

（3）调度器框架插件（Scheduler Framework）

• 方式：通过实现插件接口（如QueueSort、Filter、Score等）扩展调度逻辑。
• 优点：标准化、插件化，易于维护和升级。
• 适用场景：需要深度定制调度策略的场景。

（4）调度器扩展器（Scheduler Extender）

• 方式：通过HTTP/HTTPS接口与外部服务交互，实现自定义调度逻辑。
• 优点：非侵入式，无需修改调度器代码。
• 缺点：
  • 性能开销大（HTTP通信+JSON序列化）。
  • 错误处理复杂，无法共享调度器缓存

4. Extender 模式

介绍：

Extender 模式是 Kubernetes 调度器的一种扩展机制，允许用户在不修改调度器核心代码的情况下，通过外部服务（Extender）实现自定义调度逻辑。Extender 以独立服务的形式运行，通过 HTTP/HTTPS 与调度器通信，实现预选（Predicates）、优选（Priorities）和绑定（Bind）等扩展功能.

工作原理

• 调度器调用时机：在默认调度策略执行完成后，调度器会根据配置调用 Extender 的接口
• 通信方式：通过 HTTP/HTTPS 协议，以 JSON 格式传递数据。
• 接口类型：
  • Filter（预选）：过滤不满足条件的节点。
  • Prioritize（优选）：对节点进行打分。
  • Bind（绑定）：将 Pod 绑定到节点。

Extender 的配置

Extender 的配置通过调度器的策略配置文件（JSON 格式）定义，主要字段包括

{
  "urlPrefix": "http://extender-server:port",
  "filterVerb": "filter",
  "prioritizeVerb": "prioritize",
  "bindVerb": "bind",
  "weight": 5,
  "managedResources": ["example.com/gpu"]
}