Kubernetes（K8s）作為一個容器編排平臺，其調(diào)度（Scheduling）、搶占（Preemption）和驅(qū)逐（Eviction）機制是確保集群資源合理分配、高效使用并保證應用健康運行的關(guān)鍵部分。

• 調(diào)度（scheduling）指的是確保 Pod 匹配到合適的節(jié)點， 以便 kubelet 能夠運行它們。
• 搶占（Preemption）指的是終止低優(yōu)先級的 Pod 以便高優(yōu)先級的 Pod 可以調(diào)度到 Node 上的過程。
• 驅(qū)逐（Eviction）是在資源匱乏的節(jié)點上，主動讓一個或多個 Pod 失效的過程。

接下來將詳細介紹這三個概念。

一、調(diào)度（Scheduling）

1. 調(diào)度概述

調(diào)度器通過 Kubernetes 的監(jiān)測（Watch）機制來發(fā)現(xiàn)集群中新創(chuàng)建且尚未被調(diào)度到節(jié)點上的 Pod。調(diào)度的主要任務是將Pod分配到集群中的合適的節(jié)點上。調(diào)度器根據(jù)Pod的需求（如CPU、內(nèi)存、存儲等）和節(jié)點的資源狀況（如可用CPU、內(nèi)存、節(jié)點標簽等）來決定Pod部署在哪個節(jié)點上。

2. 調(diào)度過程

Kubernetes調(diào)度過程主要包括以下步驟：

• 資源需求：每個Pod可以聲明它對資源的需求，如CPU、內(nèi)存等。這些信息由resources.requests和resources.limits字段描述。
• 節(jié)點篩選：調(diào)度器會根據(jù)Pod的資源需求以及節(jié)點的資源狀況來篩選合適的節(jié)點。篩選是通過一系列的調(diào)度策略（如節(jié)點的可用資源、Pod的親和性和反親和性等）來進行的。
• 節(jié)點優(yōu)選：一旦節(jié)點被篩選出來，調(diào)度器將評估每個節(jié)點的優(yōu)劣。優(yōu)選是基于一組優(yōu)先級策略（例如，Pod親和性、負載均衡、Pod優(yōu)先級等）。
• Pod調(diào)度：調(diào)度器最終會選擇一個最佳節(jié)點，并將Pod調(diào)度到該節(jié)點上。Pod在被調(diào)度之前，狀態(tài)是Pending，調(diào)度后它的狀態(tài)變?yōu)镽unning。

3. 調(diào)度策略

Kubernetes調(diào)度器默認采用的是kube-scheduler， 以下是最常用的調(diào)度策略：

• Pod親和性和反親和性：定義Pod是否應該與特定的Pod運行在同一節(jié)點上。
• 優(yōu)先級和搶占：Pod可以設(shè)置優(yōu)先級，較高優(yōu)先級的Pod可以搶占低優(yōu)先級Pod的資源。
• Taints和Tolerations：節(jié)點可以有Taints，Pod可以設(shè)置Tolerations，如果Pod不容忍節(jié)點的Taint，它就不能被調(diào)度到該節(jié)點上。
• Resource Limits：控制Pod在節(jié)點上分配的資源，避免資源超載。

二、搶占（Preemption）

1. 搶占概述

搶占機制是Kubernetes中用于保證高優(yōu)先級Pod能夠在資源不足時“搶占”低優(yōu)先級Pod的資源，從而確保關(guān)鍵任務的運行。搶占的目標是保證高優(yōu)先級的Pod能夠優(yōu)先調(diào)度到集群中的節(jié)點。

2. 搶占機制工作原理

搶占機制發(fā)生的條件是：

• 高優(yōu)先級 Pod 請求調(diào)度時，當前沒有足夠的資源
• 集群資源不足時，調(diào)度器會查找那些資源消耗較大的、優(yōu)先級較低的 Pod，并嘗試將其驅(qū)逐，以便為高優(yōu)先級 Pod 騰出空間。

(1) 搶占的觸發(fā)

① 優(yōu)先級設(shè)置：Pod 的優(yōu)先級由 PriorityClass 控制。PriorityClass 是一個 API 資源，定義了 Pod 的優(yōu)先級。Pod 的優(yōu)先級越高，被調(diào)度的優(yōu)先級越高，且越有可能觸發(fā)搶占。

② PreemptionPolicy：搶占策略由 Pod 的 preemptionPolicy 字段定義，常見的設(shè)置包括：

• PreemptLowerPriority：默認設(shè)置，允許高優(yōu)先級 Pod 搶占低優(yōu)先級 Pod。
• DoNotPreempt：禁止搶占，Pod 只能在資源可用時調(diào)度，不會搶占其他 Pod。

(2) 搶占過程

• 資源緊張：當集群的資源（如 CPU、內(nèi)存）不足時，調(diào)度器會評估哪些 Pod 可能被驅(qū)逐。
• 驅(qū)逐低優(yōu)先級 Pod：調(diào)度器會選擇優(yōu)先級低的、符合資源釋放條件的 Pod 驅(qū)逐。被驅(qū)逐的 Pod 狀態(tài)會變?yōu)?Evicted，并重新進入調(diào)度隊列。
• Pod 重新調(diào)度：驅(qū)逐后的低優(yōu)先級 Pod 會被調(diào)度器重新調(diào)度到其他節(jié)點上，前提是有足夠資源。

3. 搶占對調(diào)度的影響

• 高優(yōu)先級任務的保障：通過搶占機制，Kubernetes 能夠確保關(guān)鍵任務（如高優(yōu)先級應用）能夠及時獲得資源。
• 搶占和驅(qū)逐的區(qū)別：搶占通常指的是調(diào)度器主動將低優(yōu)先級的 Pod 從節(jié)點上移除，而驅(qū)逐是在節(jié)點資源壓力過大或 Pod 不健康時，由 Kubernetes 自動觸發(fā)的操作。

三、驅(qū)逐（Eviction）

1. 驅(qū)逐概述

驅(qū)逐是指Kubernetes將運行中的Pod從節(jié)點上強制移除，通常是因為節(jié)點資源不足（如CPU、內(nèi)存不足）或者Pod違反了某些限制（如超出資源配額）。

2. 驅(qū)逐的觸發(fā)條件

• 資源壓力：當節(jié)點的資源（如內(nèi)存、CPU）達到某個閾值時，Kubernetes會嘗試通過驅(qū)逐Pod來釋放資源。特別是在節(jié)點內(nèi)存壓力較大時，Kubernetes會優(yōu)先驅(qū)逐使用大量內(nèi)存的Pod。
• 節(jié)點資源的超限：節(jié)點上的資源消耗達到配置的閾值時，Kubernetes會進行Pod驅(qū)逐以恢復節(jié)點的資源平衡。驅(qū)逐會遵循一定的優(yōu)先級策略，通常低優(yōu)先級、非持久化Pod（如ephemeral類型）會被優(yōu)先驅(qū)逐。
• Pod的liveness或readiness探針失?。喝绻鸓od的健康檢查失敗，Kubernetes會將其驅(qū)逐，并且嘗試重新調(diào)度到其他節(jié)點。
• OOM（Out of Memory）殺死Pod：當節(jié)點上的內(nèi)存不足時，操作系統(tǒng)可能會觸發(fā)OOM Killer（操作系統(tǒng)的內(nèi)存回收機制）殺死部分進程，Kubernetes則會根據(jù)OOM事件驅(qū)逐相關(guān)的Pod。

3. 驅(qū)逐策略

Kubernetes中的驅(qū)逐策略有兩種類型：

• 優(yōu)先驅(qū)逐策略：優(yōu)先驅(qū)逐高資源消耗的Pod（如內(nèi)存占用高的Pod），并且通常會優(yōu)先驅(qū)逐低優(yōu)先級的Pod。
• 優(yōu)先級驅(qū)逐：如果Pod的優(yōu)先級較低，Kubernetes會優(yōu)先考慮驅(qū)逐這些Pod，從而確保高優(yōu)先級Pod能夠獲得資源。

4. 驅(qū)逐過程

• 驅(qū)逐請求：當節(jié)點的資源壓力增大時，Kubernetes會評估當前節(jié)點上所有Pod的資源使用情況。
• Pod選擇：Kubernetes會根據(jù)Pod的優(yōu)先級、資源使用量、Pod的類型（如持久性或臨時性）來選擇哪些Pod需要被驅(qū)逐。
• 驅(qū)逐Pod：一旦Pod被選擇驅(qū)逐，Kubernetes會通過API向該Pod發(fā)出驅(qū)逐命令，通知調(diào)度器將其從節(jié)點上移除。

5. 驅(qū)逐的影響

• Pod重新調(diào)度：被驅(qū)逐的Pod會被重新調(diào)度到其他節(jié)點上，前提是集群中有足夠的資源。
• Pod的生命周期：Pod被驅(qū)逐后，會進入Pending狀態(tài)，然后調(diào)度器會嘗試根據(jù)集群的資源狀況將其調(diào)度到其他節(jié)點。

四、調(diào)度、搶占和驅(qū)逐的交互

調(diào)度、搶占和驅(qū)逐之間存在緊密的聯(lián)系，它們共同決定了Pod在集群中的運行和資源分配。調(diào)度器不僅負責Pod的初始調(diào)度，還會根據(jù)Pod的優(yōu)先級、資源需求以及集群的負載情況，在運行過程中做出合理的資源分配決策。

1. 調(diào)度與搶占

調(diào)度器在初次調(diào)度時可能會考慮搶占機制（特別是當資源緊張時）。如果集群資源不足，優(yōu)先級較高的Pod會搶占低優(yōu)先級Pod的資源。

2. 驅(qū)逐與搶占

搶占機制和驅(qū)逐機制有些相似。驅(qū)逐是節(jié)點資源壓力下自動發(fā)生的，而搶占是通過調(diào)度器主動發(fā)起的。

在資源緊張時，搶占和驅(qū)逐可以結(jié)合使用，通過優(yōu)先級調(diào)整、驅(qū)逐低優(yōu)先級Pod來保證高優(yōu)先級Pod的運行。

3. 調(diào)度和驅(qū)逐

調(diào)度器也需要在節(jié)點資源變動時（如節(jié)點資源不足或發(fā)生故障時）做出決策。如果Pod運行在一個資源即將耗盡的節(jié)點上，調(diào)度器可能會選擇將Pod重新調(diào)度到一個資源充足的節(jié)點。

理解這三個機制如何協(xié)同工作，有助于更好地管理Kubernetes集群，優(yōu)化資源分配，并確保高優(yōu)先級應用能夠在集群中正常運行。