📚 课程目录第2章跨集群调度基础

2. 跨集群调度基础：ReplicaSchedulingPreference (RSP) 策略、调度器工作原理、集群权重与容量分配

2.1 ReplicaSchedulingPreference (RSP) 策略

ReplicaSchedulingPreference (RSP) 是 Federation v2 中用于定义跨集群副本调度策略的核心 CRD。它告诉调度器“应该把 Pod 副本如何分布到不同的成员集群中”。RSP 策略是声明式的，用户只需描述期望的分布状态，调度器负责将其实现。

2.1.1 RSP 关键字段与语义

字段	类型	说明
`spec.targetTemplate`	Object	定义被调度的资源模板（如 Deployment、Job）
`spec.totalReplicas`	int32	期望的全局副本总数
`spec.clusters`	[]ClusterPreferences	集群级别的偏好设置，包含权重、最小/最大副本数
`spec.rebalance`	bool	是否允许调度器在集群间重新平衡已有副本

2.1.2 集群偏好 (ClusterPreferences) 结构

每个集群的偏好配置决定了副本在该集群的分布行为：

weight：集群权重，决定副本按比例分配的基础。
minReplicas：该集群最少保留的副本数，保证基础容量。
maxReplicas：该集群最多容纳的副本数，防止过载。

  关键原则： 调度器先满足所有集群的 minReplicas，再将剩余副本按 weight 比例分配，最后受 maxReplicas 上限约束。

2.1.3 RSP 示例 YAML

apiVersion: scheduling.federation.k8s.io/v1alpha1
kind: ReplicaSchedulingPreference
metadata:
  name: my-app-rsp
spec:
  targetTemplate:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: my-app
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx:1.21
  totalReplicas: 10
  clusters:
    - name: cluster-a
      weight: 3
      minReplicas: 2
      maxReplicas: 6
    - name: cluster-b
      weight: 1
      minReplicas: 1
      maxReplicas: 4
  rebalance: true

2.2 调度器工作原理

Federation 调度器是一个独立的控制器，持续监听 RSP 对象和成员集群的状态。其工作流程分为四个阶段：

读取 RSP 策略：从 API Server 获取用户定义的 RSP 对象。
收集集群状态：查询每个成员集群的当前副本数、资源可用量、节点容量。
计算目标分布：根据权重、最小/最大副本数、集群当前负载，计算每个集群应分配的副本数。
执行调度：通过 Federated 资源（如 FederatedDeployment）将副本分发到目标集群。

调度触发条件： RSP 变更、集群加入/离开、集群资源状态变化、定时 rebalance 周期。

2.3 集群权重与容量分配

2.3.1 权重分配算法

调度器使用加权比例分配算法，确保副本分布与集群权重成正比。算法步骤如下：

计算总权重：所有集群的 weight 之和。
计算基础分配：每个集群的初始分配 = totalReplicas × (weight / totalWeight)。
应用 minReplicas：如果基础分配小于 minReplicas，则提升到 minReplicas。
应用 maxReplicas：如果分配超过 maxReplicas，则截断到 maxReplicas。
重新分配剩余副本：将因 min/max 约束产生的剩余副本，按权重重新分配给未达到上限的集群。

2.3.2 容量感知调度

除了权重，调度器还会考虑集群的 实际资源容量（CPU、内存、Pod 数量上限）。当集群资源不足时，调度器会：

将该集群的可用副本数限制在资源允许范围内。
将无法分配的副本转移到其他有容量的集群。
如果所有集群都无法满足 minReplicas，则调度失败并记录事件。

注意： 容量感知调度依赖集群上报的实时资源数据。如果集群状态更新延迟，可能导致调度决策基于过时信息，造成副本分布不均。

2.3.3 权重与容量分配示例

假设 totalReplicas=10，集群配置如下：

集群	权重	minReplicas	maxReplicas	可用容量 (Pod)
cluster-a	3	2	6	5
cluster-b	1	1	4	3
cluster-c	1	0	3	2

分配过程：

总权重 = 3+1+1 = 5
基础分配：a=6, b=2, c=2
minReplicas 约束：a=6(≥2), b=2(≥1), c=2(≥0) → 无变化
maxReplicas 约束：a=6(≤6), b=2(≤4), c=2(≤3) → 无变化
容量约束：a=5(容量5), b=2(≤3), c=2(≤2) → a 降为5，剩余1个副本
重新分配：剩余1个副本按权重分配给 b(权重1) 和 c(权重1)，b 获得1个 → b=3
最终分配：a=5, b=3, c=2

2.4 调度策略对比

策略类型	调度依据	适用场景	局限性
权重优先	集群权重比例	集群性能/成本差异明显	不考虑实时负载
容量感知	集群剩余资源	资源紧张、需要负载均衡	依赖实时数据上报
地域亲和	集群地理位置/区域	数据本地化、合规要求	需要额外标签配置
自定义策略	用户定义的调度插件	复杂业务逻辑	开发维护成本高

2.5 常见问题与调试建议

  调试命令速查：

  kubectl get rsp -n <namespace> — 查看 RSP 策略

  kubectl describe rsp <name> -n <namespace> — 查看调度详情和事件

  kubectl get federateddeployment <name> -o yaml — 查看实际分发状态

  kubectl logs -n federation-system <scheduler-pod> — 查看调度器日志

副本分布不均：检查集群权重配置是否合理，确认集群容量数据是否及时更新。
调度失败：查看 RSP 事件，确认 minReplicas 是否超过集群总容量。
rebalance 不生效：确认 RSP 中 rebalance: true 已设置，检查调度器日志是否有 rebalance 触发记录。
集群状态延迟：监控 federation-controller-manager 的健康状态，确保集群心跳正常。