深入理解 K8S 资源管理和调度｜青训营笔记

这是我参与「第四届青训营 」笔记创作活动的的第11天

课程资料

课程链接：live.juejin.cn/4354/yc_K8S

课程PPT：bytedance.feishu.cn/file/boxcnK…

学员手册：juejin.cn/post/713013…

完整手册：bytedance.feishu.cn/docx/doxcnE…

一、Kubernetes 简介

几个核心概念

• Pod

• PVC/PV/StorageClass

• Deployment

• Statefulset

• Node

Kubernetes架构

• ETCD

  • 持久化数据中心
  • 维护集群中所有数据的有序性和一致性
  • 事件机制同步数据变更

• APIServer

  • 对所有组件提供 API 接口
  • 负责 admission，鉴权等功能
  • 提供后端 etcd 数据 cacher，降低 ETCD 压力
  • 结合 ETCD，提供 List-Watch 机制

• Controller-manager

  • 提供一系列控制器，负责维护各种对象的生命周期 比如： Node controller， PV controller， Deployment controller， StatefulSet controller 等

• Kubelet

  • 基于 Pod 声明，真正开始启动容器，负责容器生命周期维护

• Kube-proxy

  • 网络代理，负责维护节点网络规则，接管 Pod 出入流量

二、Kubernetes 资源管理

资源种类

• 计算类

  • 原生： CPU，memory，等；
  • 可通过 Device plugin 方式支持的非原生： numa，socket...

• 存储类

  • 原生：

    • 临时存储： Ephemeral storage，EmptyDir 等
    • 持久化 (PV): Cinder, RBD, Cephfs, NFS, GlusterFS...

  • 可以通过 CSI 方式扩展支持其他存储

资源上报

• 计算资源上报：

  • cAdvisor -> Kubelet -> Node
  • Agent -> Device plugin -> Kubelet -> Node

• 存储资源上报：

  • 临时存储：

    • cAdvisor -> Kubelet -> Node

  • 持久化存储：

    • 托管到存储提供商管理

资源分配

• 计算资源分配：

  • Kubelet -> cgroup manager -> cpu, memory...
  • Kubelet -> device manager -> extended resources

• 存储资源分配：

  • Controller manager -> provisioner -> attacher -> mounter

资源状态维护

• 计算资源状态维护：

  • kubelet/cgroup manager/device manager/evictioner manager -> cpu, memory, extended resources

• 存储资源维护

  • PV controller -> PV/PVC

资源回收

• 计算资源回收：

  • Kubelet -> cgroup manager -> cpu, memory...
  • Kubelet -> device manager -> extended resources

• 存储资源回收：

  • Controller manager -> unmounter -> detacher -> deleter

三、Kubernetes 调度

约束描述

• 资源申请：

  • request、limit

• 其他约束：

  • affinity/anti-affinity
  • Label selector
  • Taint & toleration
  • Image locality
  • Bin-packing/Load balancing...

调度流程

调度框架

主要分为几个步骤：

• 过滤

  • Pre-Filter: 进行一些全局的准备工作，防止流程中多次重复计算；
  • Filter: 基于 Pod 的约束，进行 Pod -> Node 的匹配工作；
  • Post-Filter: 如果没有一个合适的节点，则进行一些抢占行为（驱逐低优任务），看是否能找到合适节点；

• 打分

  • 基于前面的过滤节点，对合适的节点进行打分，按照分值高低进行排序；
  • 如果前面没有合适的节点，则直接调度失败；

• 任务分配

  • Reserve: 在调度器 cache 里面缓存调度结果，为了解决异步 API 操作带来的时延问题；

  • Permit： 扩展接口，可以在这里支持一些扩展语音，比如： Gang 等；

    • 结果有三类： 失败，成功，等待

      • 失败： 直接返回调度失败结果；
      • 成功： 直接通过；
      • 等待： 则异步等待，不阻塞其他流程；

  • Pre-Bind: 任务运行前的一些准备操作，比如： 动态创建 Volume 等；

  • Bind: 把 Pod 绑定到 Node，即： 给应用分配运行节点；

四、小结

Kubernetes 运行 MySql + WordPress 示例：

• kubernetes.io/zh-cn/docs/…

Kubernetes 与 Yarn 的一些不同点：

• 基本单位：

  • Yarn： Container；
  • Kubernetes： Pod；

• 资源管理的扩展能力：

  • Yarn： 没提供 Plugin 机制，侵入性较大；
  • Kubernetes： plugin 机制扩展，侵入性小；

• 调度模式：

  • Yarn: Node -> Task
  • Kubernetes: Task -> Node

• 系统设计

  • Yarn: 节点缓存，无核心中心化存储；
  • Kubernetes： 中心化存储；