4. kube-scheduler 调度策略：默认调度框架、调度队列、抢占与优先级、自定义调度器扩展点

kube-scheduler 是 Kubernetes 控制面中负责 Pod 与 Node 匹配的核心组件。本章深入解析其内部调度策略，涵盖默认调度框架的流水线、调度队列的排序机制、基于优先级的抢占逻辑，以及通过扩展点实现自定义调度行为的工程方法。

4.1 默认调度框架：调度周期与绑定周期

Kubernetes 自 v1.19 起将调度器重构为可扩展的“调度框架”（Scheduling Framework）。每个调度周期分为两个阶段：调度周期（Scheduling Cycle）和绑定周期（Binding Cycle）。调度周期为 Pod 选择一个合适的 Node，绑定周期将决策结果持久化到 API Server。

4.2 调度队列：三种队列与排序策略

调度器内部维护三种队列来管理待调度 Pod：

4.3 抢占与优先级：PodPriority 与抢占策略

当高优先级 Pod 无法调度时，调度器会触发抢占（Preemption），驱逐低优先级 Pod 以释放资源。抢占流程分为四个步骤：

1. 筛选候选节点：找出所有可能通过驱逐 Pod 来满足高优先级 Pod 需求的 Node。
2. 选择受害者：在候选节点上选择优先级最低的 Pod 作为驱逐目标，优先驱逐优先级低于抢占者的 Pod。
3. 执行驱逐：通过 API Server 删除受害者 Pod，触发优雅终止（Graceful Shutdown）。
4. 重新调度：高优先级 Pod 进入 activeQ 头部，等待调度到释放资源的 Node。

4.4 自定义调度器扩展点：插件开发与配置

调度框架允许通过实现特定扩展点接口来开发自定义插件。常见的扩展点包括：

以下是一个自定义 Filter 插件的代码示例：

package myplugin

import (
    "context"
    "k8s.io/kubernetes/pkg/scheduler/framework"
)

type MyFilter struct{}

func (m *MyFilter) Name() string {
    return "MyFilter"
}

func (m *MyFilter) Filter(ctx context.Context, state *framework.CycleState, pod *v1.Pod, nodeInfo *framework.NodeInfo) *framework.Status {
    // 检查 Node 是否包含特定标签
    if _, exists := nodeInfo.Node().Labels["accelerator"]; !exists {
        return framework.NewStatus(framework.Unschedulable, "Node missing accelerator label")
    }
    return framework.NewStatus(framework.Success, "")
}

// 注册插件
func New(_ runtime.Object, _ framework.Handle) (framework.Plugin, error) {
    return &MyFilter{}, nil
}

4.5 性能验证：调度延迟与吞吐量

验证调度策略性能时，重点关注以下指标：

• 调度延迟（Scheduling Latency）：从 Pod 创建到调度器完成绑定的时间，目标 < 100ms（P99）。
• 调度吞吐量（Throughput）：每秒调度的 Pod 数量，目标 > 100 Pods/s（1000 Node 集群）。
• 抢占成功率：高优先级 Pod 触发抢占后成功调度的比例，目标 > 95%。
• 队列深度：activeQ 和 backoffQ 的瞬时长度，避免队列积压导致调度饥饿。