KubernetesScheduler的NominatedPods是什么

這篇文章主要介紹“Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么”，在日常操作中，相信很多人在Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

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NominatedPods是什么？

當enable PodPriority feature gate后，scheduler會在集群資源資源不足時為preemptor搶占低優(yōu)先級的Pods（成為victims）的資源，然后preemptor會再次入調(diào)度隊列，等待下次victims的優(yōu)雅終止并進行下一次調(diào)度。

為了盡量避免從preemptor搶占資源到真正再次執(zhí)行調(diào)度這個時間段的scheduler能感知到那些資源已經(jīng)被搶占，在scheduler調(diào)度其他更低優(yōu)先級的Pods時考慮這些資源已經(jīng)被搶占，因此在搶占階段，為給preemptor設(shè)置pod.Status.NominatedNodeName，表示在NominatedNodeName上發(fā)生了搶占，preemptor期望調(diào)度在該node上。

PriorityQueue中緩存了每個node上的NominatedPods，這些NominatedPods表示已經(jīng)被該node提名的，期望調(diào)度在該node上的，但是又還沒最終成功調(diào)度過來的Pods。

Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么

搶占調(diào)度時發(fā)生了什么？

我們來重點關(guān)注下scheduler進行preempt時相關(guān)的流程。

func (sched *Scheduler) preempt(preemptor *v1.Pod, scheduleErr error) (string, error) {
	...
	node, victims, nominatedPodsToClear, err := sched.config.Algorithm.Preempt(preemptor, sched.config.NodeLister, scheduleErr)
	...
	var nodeName = ""
	if node != nil {
		nodeName = node.Name
		err = sched.config.PodPreemptor.SetNominatedNodeName(preemptor, nodeName)
		if err != nil {
			glog.Errorf("Error in preemption process. Cannot update pod %v annotations: %v", preemptor.Name, err)
			return "", err
		}
		...
	}
	// Clearing nominated pods should happen outside of "if node != nil". Node could
	// be nil when a pod with nominated node name is eligible to preempt again,
	// but preemption logic does not find any node for it. In that case Preempt()
	// function of generic_scheduler.go returns the pod itself for removal of the annotation.
	for _, p := range nominatedPodsToClear {
		rErr := sched.config.PodPreemptor.RemoveNominatedNodeName(p)
		if rErr != nil {
			glog.Errorf("Cannot remove nominated node annotation of pod: %v", rErr)
			// We do not return as this error is not critical.
		}
	}
	return nodeName, err
}

invoke ScheduleAlgorithm.Preempt進行資源搶占，返回搶占發(fā)生的node，victims，nominatedPodsToClear。

func (g *genericScheduler) Preempt(pod *v1.Pod, nodeLister algorithm.NodeLister, scheduleErr error) (*v1.Node, []*v1.Pod, []*v1.Pod, error) {
	...

	candidateNode := pickOneNodeForPreemption(nodeToVictims)
	if candidateNode == nil {
		return nil, nil, nil, err
	}

	nominatedPods := g.getLowerPriorityNominatedPods(pod, candidateNode.Name)
	if nodeInfo, ok := g.cachedNodeInfoMap[candidateNode.Name]; ok {
		return nodeInfo.Node(), nodeToVictims[candidateNode].Pods, nominatedPods, err
	}

	return nil, nil, nil, fmt.Errorf(
		"preemption failed: the target node %s has been deleted from scheduler cache",
		candidateNode.Name)
}


func (g *genericScheduler) getLowerPriorityNominatedPods(pod *v1.Pod, nodeName string) []*v1.Pod {
	pods := g.schedulingQueue.WaitingPodsForNode(nodeName)

	if len(pods) == 0 {
		return nil
	}

	var lowerPriorityPods []*v1.Pod
	podPriority := util.GetPodPriority(pod)
	for _, p := range pods {
		if util.GetPodPriority(p) < podPriority {
			lowerPriorityPods = append(lowerPriorityPods, p)
		}
	}
	return lowerPriorityPods
}

node：搶占發(fā)生的最佳node；
victims：待刪除的pods，以釋放資源給preemptor；
nominatedPodsToClear：那些將要被刪除.Status.NominatedNodeName的Pods列表，這些Pods是首先是屬于PriorityQueue中的nominatedPods Cache中的Pods，并且他們的Pod Priority要低于preemptor Pod Priority，意味著這些nominatedPods已經(jīng)不再適合調(diào)度到之前搶占時選擇的這個node上了。

如果搶占成功（node非空），則調(diào)用podPreemptor.SetNominatedNodeName設(shè)置preemptor的.Status.NominatedNodeName為該node name，表示該preemptor期望搶占在該node上。

	func (p *podPreemptor) SetNominatedNodeName(pod *v1.Pod, nominatedNodeName string) error {
		podCopy := pod.DeepCopy()
		podCopy.Status.NominatedNodeName = nominatedNodeName
		_, err := p.Client.CoreV1().Pods(pod.Namespace).UpdateStatus(podCopy)
		return err
	}

無論搶占是否成功（node是否為空），nominatedPodsToClear都可能不為空，都需要遍歷nominatedPodsToClear內(nèi)的所有Pods，調(diào)用podPreemptor.RemoveNominatedNodeName將其.Status.NominatedNodeName設(shè)置為空。
```
	func (p *podPreemptor) RemoveNominatedNodeName(pod *v1.Pod) error {
		if len(pod.Status.NominatedNodeName) == 0 {
			return nil
		}
		return p.SetNominatedNodeName(pod, "")
	}
```

Preemptor搶占成功后，發(fā)生了什么？

Premmptor搶占成功后，該Pod會被再次加入到PriorityQueue中的Unschedulable Sub-Queue隊列中，等待條件再次出發(fā)調(diào)度。關(guān)于這部分內(nèi)容更深入的解讀，請參考我的博客深入分析Kubernetes Scheduler的優(yōu)先級隊列。preemptor再次會通過podFitsOnNode對node進行predicate邏輯處理。

func podFitsOnNode(
	pod *v1.Pod,
	meta algorithm.PredicateMetadata,
	info *schedulercache.NodeInfo,
	predicateFuncs map[string]algorithm.FitPredicate,
	ecache *EquivalenceCache,
	queue SchedulingQueue,
	alwaysCheckAllPredicates bool,
	equivCacheInfo *equivalenceClassInfo,
) (bool, []algorithm.PredicateFailureReason, error) {
	var (
		eCacheAvailable  bool
		failedPredicates []algorithm.PredicateFailureReason
	)
	predicateResults := make(map[string]HostPredicate)

	podsAdded := false
	
	for i := 0; i < 2; i++ {
		metaToUse := meta
		nodeInfoToUse := info
		if i == 0 {
			podsAdded, metaToUse, nodeInfoToUse = addNominatedPods(util.GetPodPriority(pod), meta, info, queue)
		} else if !podsAdded || len(failedPredicates) != 0 {  // 有問題吧？應(yīng)該是podsAdded，而不是!podsAdded
			break
		}
		// Bypass eCache if node has any nominated pods.
		// TODO(bsalamat): consider using eCache and adding proper eCache invalidations
		// when pods are nominated or their nominations change.
		eCacheAvailable = equivCacheInfo != nil && !podsAdded
		for _, predicateKey := range predicates.Ordering() {
			var (
				fit     bool
				reasons []algorithm.PredicateFailureReason
				err     error
			)
			
				func() {
					var invalid bool
					if eCacheAvailable {
						...
					}

					if !eCacheAvailable || invalid {
						// we need to execute predicate functions since equivalence cache does not work
						fit, reasons, err = predicate(pod, metaToUse, nodeInfoToUse)
						if err != nil {
							return
						}

						...
					}
				}()

				...
			}
		}
	}

	return len(failedPredicates) == 0, failedPredicates, nil
}

一共會嘗試進行兩次predicate：

第一次predicate時，調(diào)用addNominatedPods，遍歷PriorityQueue nominatedPods中所有Pods，將那些PodPriority大于等于該調(diào)度Pod的優(yōu)先級的所有nominatedPods添加到SchedulerCache的NodeInfo中，意味著調(diào)度該pod時要考慮這些高優(yōu)先級nominatedPods進行預(yù)選，比如要減去它們的resourceRequest等，并更新到PredicateMetadata中，接著執(zhí)行正常的predicate邏輯。
第二次predicate時，如果前面的predicate邏輯有失敗的情況，或者前面的podsAdded為false（如果在addNominatedPods時，發(fā)現(xiàn)該node對應(yīng)nominatedPods cache是空的，那么返回值podAdded為false），那么第二次predicate立馬結(jié)束，并不會觸發(fā)真正的predicate邏輯。
第二次predicate時，如果前面的predicate邏輯都成功，并且podAdded為true的情況下，那么需要觸發(fā)真正的第二次predicate邏輯，因為nominatedPods的添加成功，可能會Inter-Pod Affinity會影響predicate結(jié)果。

下面是addNominatedPods的代碼，負責生成臨時的schedulercache.NodeInfo和algorithm.PredicateMetadata，提供給具體的predicate Function進行預(yù)選處理。

// addNominatedPods adds pods with equal or greater priority which are nominated
// to run on the node given in nodeInfo to meta and nodeInfo. It returns 1) whether
// any pod was found, 2) augmented meta data, 3) augmented nodeInfo.
func addNominatedPods(podPriority int32, meta algorithm.PredicateMetadata,
	nodeInfo *schedulercache.NodeInfo, queue SchedulingQueue) (bool, algorithm.PredicateMetadata,
	*schedulercache.NodeInfo) {
	if queue == nil || nodeInfo == nil || nodeInfo.Node() == nil {
		// This may happen only in tests.
		return false, meta, nodeInfo
	}
	nominatedPods := queue.WaitingPodsForNode(nodeInfo.Node().Name)
	if nominatedPods == nil || len(nominatedPods) == 0 {
		return false, meta, nodeInfo
	}
	var metaOut algorithm.PredicateMetadata
	if meta != nil {
		metaOut = meta.ShallowCopy()
	}
	nodeInfoOut := nodeInfo.Clone()
	for _, p := range nominatedPods {
		if util.GetPodPriority(p) >= podPriority {
			nodeInfoOut.AddPod(p)
			if metaOut != nil {
				metaOut.AddPod(p, nodeInfoOut)
			}
		}
	}
	return true, metaOut, nodeInfoOut
}

// WaitingPodsForNode returns pods that are nominated to run on the given node,
// but they are waiting for other pods to be removed from the node before they
// can be actually scheduled.
func (p *PriorityQueue) WaitingPodsForNode(nodeName string) []*v1.Pod {
	p.lock.RLock()
	defer p.lock.RUnlock()
	if list, ok := p.nominatedPods[nodeName]; ok {
		return list
	}
	return nil
}

addNominatedPods的邏輯如下：

調(diào)用WaitingPodsForNode獲取PriorityQueue中的該node上的nominatedPods cache數(shù)據(jù)，如果nominatedPods為空，則返回podAdded為false，addNominatedPods流程結(jié)束。
克隆出PredicateMeta和NodeInfo對象，遍歷nominatedPods，逐個將優(yōu)先級不低于待調(diào)度pod的nominated pod加到克隆出來的NodeInfo對象中，并更新到克隆出來的PredicateMeta對象中。這些克隆出來的NodeInfo和PredicateMeta對象，最終會傳入到predicate Functions中進行預(yù)選處理。遍歷完成后，返回podAdded（true）和NodeInfo和PredicateMeta對象。

如何維護PriorityQueue NominatedPods Cache

深入分析Kubernetes Scheduler的優(yōu)先級隊列中分析了scheduler中podInformer、nodeInformer、serviceInformer、pvcInformer等注冊的EventHandler中對PriorityQueue的操作，其中跟NominatedPods相關(guān)的EventHandler如下。

Add Pod to PriorityQueue

當往PriorityQueue中active queue添加Pod后，會調(diào)用addNominatedPodIfNeeded相應(yīng)的將待添加的pod先從PriorityQueue nominatedPods Cache中刪除，刪除后再重新添加到nominatedPods cache中。

// Add adds a pod to the active queue. It should be called only when a new pod
// is added so there is no chance the pod is already in either queue.
func (p *PriorityQueue) Add(pod *v1.Pod) error {
	p.lock.Lock()
	defer p.lock.Unlock()
	err := p.activeQ.Add(pod)
	if err != nil {
		glog.Errorf("Error adding pod %v to the scheduling queue: %v", pod.Name, err)
	} else {
		if p.unschedulableQ.get(pod) != nil {
			glog.Errorf("Error: pod %v is already in the unschedulable queue.", pod.Name)
			p.deleteNominatedPodIfExists(pod)
			p.unschedulableQ.delete(pod)
		}
		p.addNominatedPodIfNeeded(pod)
		p.cond.Broadcast()
	}
	return err
}

func (p *PriorityQueue) addNominatedPodIfNeeded(pod *v1.Pod) {
	nnn := NominatedNodeName(pod)
	if len(nnn) > 0 {
		for _, np := range p.nominatedPods[nnn] {
			if np.UID == pod.UID {
				glog.Errorf("Pod %v/%v already exists in the nominated map!", pod.Namespace, pod.Name)
				return
			}
		}
		p.nominatedPods[nnn] = append(p.nominatedPods[nnn], pod)
	}
}

當往PriorityQueue中unSchedulableQ queue添加Pod后，會調(diào)用addNominatedPodIfNeeded相應(yīng)的將待添加的pod添加/更新到PriorityQueue nominatedPods Cache中。

func (p *PriorityQueue) AddUnschedulableIfNotPresent(pod *v1.Pod) error {
	p.lock.Lock()
	defer p.lock.Unlock()
	if p.unschedulableQ.get(pod) != nil {
		return fmt.Errorf("pod is already present in unschedulableQ")
	}
	if _, exists, _ := p.activeQ.Get(pod); exists {
		return fmt.Errorf("pod is already present in the activeQ")
	}
	if !p.receivedMoveRequest && isPodUnschedulable(pod) {
		p.unschedulableQ.addOrUpdate(pod)
		p.addNominatedPodIfNeeded(pod)
		return nil
	}
	err := p.activeQ.Add(pod)
	if err == nil {
		p.addNominatedPodIfNeeded(pod)
		p.cond.Broadcast()
	}
	return err
}

注意將pod添加到nominatedPods cache中的前提是該pod的.Status.NominatedNodeName不為空。

Update Pod in PriorityQueue

當更新PriorityQueue中Pod后，會接著調(diào)用updateNominatedPod更新PriorityQueue中nominatedPods Cache。

// Update updates a pod in the active queue if present. Otherwise, it removes
// the item from the unschedulable queue and adds the updated one to the active
// queue.
func (p *PriorityQueue) Update(oldPod, newPod *v1.Pod) error {
	p.lock.Lock()
	defer p.lock.Unlock()
	// If the pod is already in the active queue, just update it there.
	if _, exists, _ := p.activeQ.Get(newPod); exists {
		p.updateNominatedPod(oldPod, newPod)
		err := p.activeQ.Update(newPod)
		return err
	}
	// If the pod is in the unschedulable queue, updating it may make it schedulable.
	if usPod := p.unschedulableQ.get(newPod); usPod != nil {
		p.updateNominatedPod(oldPod, newPod)
		if isPodUpdated(oldPod, newPod) {
			p.unschedulableQ.delete(usPod)
			err := p.activeQ.Add(newPod)
			if err == nil {
				p.cond.Broadcast()
			}
			return err
		}
		p.unschedulableQ.addOrUpdate(newPod)
		return nil
	}
	// If pod is not in any of the two queue, we put it in the active queue.
	err := p.activeQ.Add(newPod)
	if err == nil {
		p.addNominatedPodIfNeeded(newPod)
		p.cond.Broadcast()
	}
	return err
}

updateNominatedPod更新PriorityQueue nominatedPods Cache的邏輯是：先刪除oldPod，再添加newPod進去。

// updateNominatedPod updates a pod in the nominatedPods.
func (p *PriorityQueue) updateNominatedPod(oldPod, newPod *v1.Pod) {
	// Even if the nominated node name of the Pod is not changed, we must delete and add it again
	// to ensure that its pointer is updated.
	p.deleteNominatedPodIfExists(oldPod)
	p.addNominatedPodIfNeeded(newPod)
}

Delete Pod from PriorityQueue

當從PriorityQueue中刪除Pod前，會先調(diào)用deleteNominatedPodIfExists從PriorityQueue nominatedPods cache中刪除該pod。

// Delete deletes the item from either of the two queues. It assumes the pod is
// only in one queue.
func (p *PriorityQueue) Delete(pod *v1.Pod) error {
	p.lock.Lock()
	defer p.lock.Unlock()
	p.deleteNominatedPodIfExists(pod)
	err := p.activeQ.Delete(pod)
	if err != nil { // The item was probably not found in the activeQ.
		p.unschedulableQ.delete(pod)
	}
	return nil
}

deleteNominatedPodIfExists時，先檢查該pod的.Status.NominatedNodeName是否為空：

如果為空，則不做任何操作，直接return結(jié)束流程。
如果不為空，則遍歷nominatedPods cache，一旦找到UID匹配的pod，就說明nominatedPods中存在該pod，然后就從cache中刪除該pod。如果刪除后，發(fā)現(xiàn)該pod對應(yīng)的NominatedNode上沒有nominatePods了，則把整個node的nominatedPods從map cache中刪除。

func (p *PriorityQueue) deleteNominatedPodIfExists(pod *v1.Pod) {
	nnn := NominatedNodeName(pod)
	if len(nnn) > 0 {
		for i, np := range p.nominatedPods[nnn] {
			if np.UID == pod.UID {
				p.nominatedPods[nnn] = append(p.nominatedPods[nnn][:i], p.nominatedPods[nnn][i+1:]...)
				if len(p.nominatedPods[nnn]) == 0 {
					delete(p.nominatedPods, nnn)
				}
				break
			}
		}
	}
}

到此，關(guān)于“Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么”的學習就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續(xù)學習更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>

網(wǎng)站欄目：KubernetesScheduler的NominatedPods是什么
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