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KubernetesScheduler的NominatedPods是什么

这篇文章主要介绍“Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么”，在日常操作中，相信很多人在Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

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NominatedPods是什么？

当enable PodPriority feature gate后，scheduler会在集群资源资源不足时为preemptor抢占低优先级的Pods（成为victims）的资源，然后preemptor会再次入调度队列，等待下次victims的优雅终止并进行下一次调度。

为了尽量避免从preemptor抢占资源到真正再次执行调度这个时间段的scheduler能感知到那些资源已经被抢占，在scheduler调度其他更低优先级的Pods时考虑这些资源已经被抢占，因此在抢占阶段，为给preemptor设置pod.Status.NominatedNodeName，表示在NominatedNodeName上发生了抢占，preemptor期望调度在该node上。

PriorityQueue中缓存了每个node上的NominatedPods，这些NominatedPods表示已经被该node提名的，期望调度在该node上的，但是又还没最终成功调度过来的Pods。

Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么

抢占调度时发生了什么？

我们来重点关注下scheduler进行preempt时相关的流程。

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进行资源抢占，返回抢占发生的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：抢占发生的最佳node；

    • victims：待删除的pods，以释放资源给preemptor；

    • nominatedPodsToClear：那些将要被删除.Status.NominatedNodeName的Pods列表，这些Pods是首先是属于PriorityQueue中的nominatedPods Cache中的Pods，并且他们的Pod Priority要低于preemptor Pod Priority，意味着这些nominatedPods已经不再适合调度到之前抢占时选择的这个node上了。

  • 如果抢占成功（node非空），则调用podPreemptor.SetNominatedNodeName设置preemptor的.Status.NominatedNodeName为该node name，表示该preemptor期望抢占在该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
	}

  • 无论抢占是否成功（node是否为空），nominatedPodsToClear都可能不为空，都需要遍历nominatedPodsToClear内的所有Pods，调用podPreemptor.RemoveNominatedNodeName将其.Status.NominatedNodeName设置为空。

    	func (p *podPreemptor) RemoveNominatedNodeName(pod *v1.Pod) error {
		if len(pod.Status.NominatedNodeName) == 0 {
			return nil
		}
		return p.SetNominatedNodeName(pod, "")
	}

Preemptor抢占成功后，发生了什么？

Premmptor抢占成功后，该Pod会被再次加入到PriorityQueue中的Unschedulable Sub-Queue队列中，等待条件再次出发调度。关于这部分内容更深入的解读，请参考我的博客深入分析Kubernetes Scheduler的优先级队列。preemptor再次会通过podFitsOnNode对node进行predicate逻辑处理。

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 {  // 有问题吧？应该是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
}

一共会尝试进行两次predicate：

  • 第一次predicate时，调用addNominatedPods，遍历PriorityQueue nominatedPods中所有Pods，将那些PodPriority大于等于该调度Pod的优先级的所有nominatedPods添加到SchedulerCache的NodeInfo中，意味着调度该pod时要考虑这些高优先级nominatedPods进行预选，比如要减去它们的resourceRequest等，并更新到PredicateMetadata中，接着执行正常的predicate逻辑。

  • 第二次predicate时，如果前面的predicate逻辑有失败的情况，或者前面的podsAdded为false（如果在addNominatedPods时，发现该node对应nominatedPods cache是空的，那么返回值podAdded为false），那么第二次predicate立马结束，并不会触发真正的predicate逻辑。

  • 第二次predicate时，如果前面的predicate逻辑都成功，并且podAdded为true的情况下，那么需要触发真正的第二次predicate逻辑，因为nominatedPods的添加成功，可能会Inter-Pod Affinity会影响predicate结果。

下面是addNominatedPods的代码，负责生成临时的schedulercache.NodeInfo和algorithm.PredicateMetadata，提供给具体的predicate Function进行预选处理。

// 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的逻辑如下：

  • 调用WaitingPodsForNode获取PriorityQueue中的该node上的nominatedPods cache数据，如果nominatedPods为空，则返回podAdded为false，addNominatedPods流程结束。

  • 克隆出PredicateMeta和NodeInfo对象，遍历nominatedPods，逐个将优先级不低于待调度pod的nominated pod加到克隆出来的NodeInfo对象中，并更新到克隆出来的PredicateMeta对象中。这些克隆出来的NodeInfo和PredicateMeta对象，最终会传入到predicate Functions中进行预选处理。遍历完成后，返回podAdded（true）和NodeInfo和PredicateMeta对象。

如何维护PriorityQueue NominatedPods Cache

深入分析Kubernetes Scheduler的优先级队列中分析了scheduler中podInformer、nodeInformer、serviceInformer、pvcInformer等注册的EventHandler中对PriorityQueue的操作，其中跟NominatedPods相关的EventHandler如下。

Add Pod to PriorityQueue

  • 当往PriorityQueue中active queue添加Pod后，会调用addNominatedPodIfNeeded相应的将待添加的pod先从PriorityQueue nominatedPods Cache中删除，删除后再重新添加到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)
	}
}

  • 当往PriorityQueue中unSchedulableQ queue添加Pod后，会调用addNominatedPodIfNeeded相应的将待添加的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
}

注意将pod添加到nominatedPods cache中的前提是该pod的.Status.NominatedNodeName不为空。

Update Pod in PriorityQueue

当更新PriorityQueue中Pod后，会接着调用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的逻辑是：先删除oldPod，再添加newPod进去。

// 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

当从PriorityQueue中删除Pod前，会先调用deleteNominatedPodIfExists从PriorityQueue nominatedPods cache中删除该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时，先检查该pod的.Status.NominatedNodeName是否为空：

  • 如果为空，则不做任何操作，直接return结束流程。

  • 如果不为空，则遍历nominatedPods cache，一旦找到UID匹配的pod，就说明nominatedPods中存在该pod，然后就从cache中删除该pod。如果删除后，发现该pod对应的NominatedNode上没有nominatePods了，则把整个node的nominatedPods从map cache中删除。

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，关于“Kubernetes Scheduler的NominatedPods是什么”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！


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