Kubernetes（K8s）作為一個(gè)容器編排平臺(tái)，其調(diào)度（Scheduling）、搶占（Preemption）和驅(qū)逐（Eviction）機(jī)制是確保集群資源合理分配、高效使用并保證應(yīng)用健康運(yùn)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(diǎn)， 以便 kubelet 能夠運(yùn)行它們。
• 搶占（Preemption）指的是終止低優(yōu)先級(jí)的 Pod 以便高優(yōu)先級(jí)的 Pod 可以調(diào)度到 Node 上的過(guò)程。
• 驅(qū)逐（Eviction）是在資源匱乏的節(jié)點(diǎn)上，主動(dòng)讓一個(gè)或多個(gè) Pod 失效的過(guò)程。

接下來(lái)將詳細(xì)介紹這三個(gè)概念。

一、調(diào)度（Scheduling）

1. 調(diào)度概述

調(diào)度器通過(guò) Kubernetes 的監(jiān)測(cè)（Watch）機(jī)制來(lái)發(fā)現(xiàn)集群中新創(chuàng)建且尚未被調(diào)度到節(jié)點(diǎn)上的 Pod。調(diào)度的主要任務(wù)是將Pod分配到集群中的合適的節(jié)點(diǎn)上。調(diào)度器根據(jù)Pod的需求（如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)等）和節(jié)點(diǎn)的資源狀況（如可用CPU、內(nèi)存、節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽等）來(lái)決定Pod部署在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

2. 調(diào)度過(guò)程

Kubernetes調(diào)度過(guò)程主要包括以下步驟：

• 資源需求：每個(gè)Pod可以聲明它對(duì)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(diǎn)篩選：調(diào)度器會(huì)根據(jù)Pod的資源需求以及節(jié)點(diǎn)的資源狀況來(lái)篩選合適的節(jié)點(diǎn)。篩選是通過(guò)一系列的調(diào)度策略（如節(jié)點(diǎn)的可用資源、Pod的親和性和反親和性等）來(lái)進(jìn)行的。
• 節(jié)點(diǎn)優(yōu)選：一旦節(jié)點(diǎn)被篩選出來(lái)，調(diào)度器將評(píng)估每個(gè)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)劣。優(yōu)選是基于一組優(yōu)先級(jí)策略（例如，Pod親和性、負(fù)載均衡、Pod優(yōu)先級(jí)等）。
• Pod調(diào)度：調(diào)度器最終會(huì)選擇一個(gè)最佳節(jié)點(diǎn)，并將Pod調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)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(rèn)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(yīng)該與特定的Pod運(yùn)行在同一節(jié)點(diǎn)上。
• 優(yōu)先級(jí)和搶占：Pod可以設(shè)置優(yōu)先級(jí)，較高優(yōu)先級(jí)的Pod可以搶占低優(yōu)先級(jí)Pod的資源。
• Taints和Tolerations：節(jié)點(diǎn)可以有Taints，Pod可以設(shè)置Tolerations，如果Pod不容忍節(jié)點(diǎn)的Taint，它就不能被調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)上。
• Resource Limits：控制Pod在節(jié)點(diǎn)上分配的資源，避免資源超載。

二、搶占（Preemption）

1. 搶占概述

搶占機(jī)制是Kubernetes中用于保證高優(yōu)先級(jí)Pod能夠在資源不足時(shí)“搶占”低優(yōu)先級(jí)Pod的資源，從而確保關(guān)鍵任務(wù)的運(yùn)行。搶占的目標(biāo)是保證高優(yōu)先級(jí)的Pod能夠優(yōu)先調(diào)度到集群中的節(jié)點(diǎn)。

2. 搶占機(jī)制工作原理

搶占機(jī)制發(fā)生的條件是：

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

(1) 搶占的觸發(fā)

① 優(yōu)先級(jí)設(shè)置：Pod 的優(yōu)先級(jí)由 PriorityClass 控制。PriorityClass 是一個(gè) API 資源，定義了 Pod 的優(yōu)先級(jí)。Pod 的優(yōu)先級(jí)越高，被調(diào)度的優(yōu)先級(jí)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(jiàn)的設(shè)置包括：

• PreemptLowerPriority：默認(rèn)設(shè)置，允許高優(yōu)先級(jí) Pod 搶占低優(yōu)先級(jí) Pod。
• DoNotPreempt：禁止搶占，Pod 只能在資源可用時(shí)調(diào)度，不會(huì)搶占其他 Pod。

(2) 搶占過(guò)程

• 資源緊張：當(dāng)集群的資源（如 CPU、內(nèi)存）不足時(shí)，調(diào)度器會(huì)評(píng)估哪些 Pod 可能被驅(qū)逐。
• 驅(qū)逐低優(yōu)先級(jí) Pod：調(diào)度器會(huì)選擇優(yōu)先級(jí)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(huì)變?yōu)?Evicted，并重新進(jìn)入調(diào)度隊(duì)列。
• Pod 重新調(diào)度：驅(qū)逐后的低優(yōu)先級(jí) Pod 會(huì)被調(diào)度器重新調(diào)度到其他節(jié)點(diǎn)上，前提是有足夠資源。

3. 搶占對(duì)調(diào)度的影響

• 高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的保障：通過(guò)搶占機(jī)制，Kubernetes 能夠確保關(guān)鍵任務(wù)（如高優(yōu)先級(jí)應(yīng)用）能夠及時(shí)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(dòng)將低優(yōu)先級(jí)的 Pod 從節(jié)點(diǎn)上移除，而驅(qū)逐是在節(jié)點(diǎn)資源壓力過(guò)大或 Pod 不健康時(shí)，由 Kubernetes 自動(dòng)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(yùn)行中的Pod從節(jié)點(diǎn)上強(qiáng)制移除，通常是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)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(dāng)節(jié)點(diǎn)的資源（如內(nèi)存、CPU）達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，Kubernetes會(huì)嘗試通過(guò)驅(qū)逐Pod來(lái)釋放資源。特別是在節(jié)點(diǎn)內(nèi)存壓力較大時(shí)，Kubernetes會(huì)優(yōu)先驅(qū)逐使用大量?jī)?nèi)存的Pod。
• 節(jié)點(diǎn)資源的超限：節(jié)點(diǎn)上的資源消耗達(dá)到配置的閾值時(shí)，Kubernetes會(huì)進(jìn)行Pod驅(qū)逐以恢復(fù)節(jié)點(diǎn)的資源平衡。驅(qū)逐會(huì)遵循一定的優(yōu)先級(jí)策略，通常低優(yōu)先級(jí)、非持久化Pod（如ephemeral類型）會(huì)被優(yōu)先驅(qū)逐。
• Pod的liveness或readiness探針失敗：如果Pod的健康檢查失敗，Kubernetes會(huì)將其驅(qū)逐，并且嘗試重新調(diào)度到其他節(jié)點(diǎn)。
• OOM（Out of Memory）殺死Pod：當(dāng)節(jié)點(diǎn)上的內(nèi)存不足時(shí)，操作系統(tǒng)可能會(huì)觸發(fā)OOM Killer（操作系統(tǒng)的內(nèi)存回收機(jī)制）殺死部分進(jìn)程，Kubernetes則會(huì)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(huì)優(yōu)先驅(qū)逐低優(yōu)先級(jí)的Pod。
• 優(yōu)先級(jí)驅(qū)逐：如果Pod的優(yōu)先級(jí)較低，Kubernetes會(huì)優(yōu)先考慮驅(qū)逐這些Pod，從而確保高優(yōu)先級(jí)Pod能夠獲得資源。

4. 驅(qū)逐過(guò)程

• 驅(qū)逐請(qǐng)求：當(dāng)節(jié)點(diǎn)的資源壓力增大時(shí)，Kubernetes會(huì)評(píng)估當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上所有Pod的資源使用情況。
• Pod選擇：Kubernetes會(huì)根據(jù)Pod的優(yōu)先級(jí)、資源使用量、Pod的類型（如持久性或臨時(shí)性）來(lái)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(huì)通過(guò)API向該P(yáng)od發(fā)出驅(qū)逐命令，通知調(diào)度器將其從節(jié)點(diǎn)上移除。

5. 驅(qū)逐的影響

• Pod重新調(diào)度：被驅(qū)逐的Pod會(huì)被重新調(diào)度到其他節(jié)點(diǎn)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(huì)進(jìn)入Pending狀態(tài)，然后調(diào)度器會(huì)嘗試根據(jù)集群的資源狀況將其調(diào)度到其他節(jié)點(diǎn)。

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(yùn)行和資源分配。調(diào)度器不僅負(fù)責(zé)Pod的初始調(diào)度，還會(huì)根據(jù)Pod的優(yōu)先級(jí)、資源需求以及集群的負(fù)載情況，在運(yùn)行過(guò)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(shí)可能會(huì)考慮搶占機(jī)制（特別是當(dāng)資源緊張時(shí)）。如果集群資源不足，優(yōu)先級(jí)較高的Pod會(huì)搶占低優(yōu)先級(jí)Pod的資源。

2. 驅(qū)逐與搶占

搶占機(jī)制和驅(qū)逐機(jī)制有些相似。驅(qū)逐是節(jié)點(diǎn)資源壓力下自動(dòng)發(fā)生的，而搶占是通過(guò)調(diào)度器主動(dòng)發(fā)起的。

在資源緊張時(shí)，搶占和驅(qū)逐可以結(jié)合使用，通過(guò)優(yōu)先級(jí)調(diào)整、驅(qū)逐低優(yōu)先級(jí)Pod來(lái)保證高優(yōu)先級(jí)Pod的運(yùn)行。

3. 調(diào)度和驅(qū)逐

調(diào)度器也需要在節(jié)點(diǎn)資源變動(dòng)時(shí)（如節(jié)點(diǎn)資源不足或發(fā)生故障時(shí)）做出決策。如果Pod運(yùn)行在一個(gè)資源即將耗盡的節(jié)點(diǎn)上，調(diào)度器可能會(huì)選擇將Pod重新調(diào)度到一個(gè)資源充足的節(jié)點(diǎn)。

理解這三個(gè)機(jī)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(jí)應(yīng)用能夠在集群中正常運(yùn)行。