2、调度框架基础：Scheduling Framework 的 Plugin 机制、Queue、Cache、Scheduler Cycle

Kubernetes 调度器（kube-scheduler）在 v1.19 之后引入了 Scheduling Framework，将调度流程拆解为可插拔的扩展点。理解这一框架是排查调度一致性问题的前提。本节聚焦四个核心概念：Plugin 机制、调度队列（Queue）、调度缓存（Cache）以及调度周期（Scheduler Cycle）中的关键阶段。

2.1 Plugin 机制：可插拔的调度扩展点

Scheduling Framework 将调度流程抽象为多个扩展点（Extension Points），每个扩展点允许用户通过 Plugin 注入自定义逻辑。Plugin 通过 kube-scheduler --config 配置文件注册，支持多级评分与过滤。

扩展点	阶段	典型 Plugin 示例	作用
QueueSort	队列排序	PrioritySort	定义 Pod 在调度队列中的排序规则
PreFilter	预过滤	NodeResourcesFit	检查 Pod 是否满足集群基本资源条件
Filter	过滤	NodeName、TaintToleration	筛选出可调度节点（硬约束）
PostFilter	后过滤	DefaultPreemption	无可用节点时触发抢占
PreScore	预评分	NodeResourcesFit	为评分阶段准备节点信息
Score	评分	NodeResourcesBalancedAllocation	对过滤后的节点打分（软约束）
NormalizeScore	评分归一化	ImageLocality	将评分结果归一化到 [0,100]
Reserve	预留	VolumeBinding	在缓存中预留资源，防止并发冲突
Permit	许可	InterPodAffinity	等待外部条件或批准，支持超时与拒绝
PreBind	预绑定	NodeAffinity	绑定前执行准备工作
Bind	绑定	DefaultBinder	将 Pod 与 Node 绑定（写入 etcd）
PostBind	绑定后	NodeResourcesFit	绑定后清理或记录

2.2 调度队列（Queue）：Pod 的等待与排序

调度队列是 Pod 进入调度周期的第一站。kube-scheduler 内部维护三种队列：

• activeQ：存放等待调度的 Pod，按 QueueSort Plugin 排序（默认按优先级）。
• backoffQ：存放调度失败的 Pod，等待重试（指数退避）。
• unschedulableQ：存放因节点资源不足或污点无法调度的 Pod，等待集群事件触发重新入队。

2.3 调度缓存（Cache）：节点状态的快照

调度缓存（SchedulerCache）是 kube-scheduler 内部维护的节点资源视图。它通过监听 API Server 的 Node、Pod 事件实时更新，但存在短暂的不一致窗口。

缓存组件	存储内容	更新方式
NodeInfo	节点资源总量、已分配资源、Pod 列表	Node/Pod 事件触发
PodInfo	Pod 的请求资源、亲和性、污点容忍	Pod 事件触发
AssumedPod	已通过 Reserve 但未 Bind 的 Pod	Reserve 阶段写入

2.4 Scheduler Cycle：Filter → Score → Reserve → Permit 核心流程

一个完整的调度周期（Scheduling Cycle）包含以下关键阶段。以下 SVG 展示了从 Pod 入队到绑定完成的完整流程。

2.5 关键阶段详解：Filter、Score、Reserve、Permit

2.5.1 Filter（过滤）

Filter 阶段执行硬约束检查。所有 Filter Plugin 必须全部通过，Pod 才能进入下一阶段。常见的 Filter 包括：

• NodeName：检查 Pod 是否指定了 spec.nodeName。
• NodeUnschedulable：检查节点是否被标记为 unschedulable。
• TaintToleration：检查 Pod 是否能容忍节点的污点。
• NodeResourcesFit：检查节点剩余资源是否满足 Pod 请求。

2.5.2 Score（评分）

Score 阶段对通过 Filter 的节点进行打分，分数范围 [0, 100]。调度器选择总分最高的节点。常见评分策略：

• NodeResourcesBalancedAllocation：优先选择资源分配更均衡的节点。
• ImageLocality：优先选择已缓存所需镜像的节点。
• InterPodAffinity：根据 Pod 亲和性/反亲和性打分。

2.5.3 Reserve（预留）

Reserve 阶段在调度缓存中为 Pod 预留资源。这是防止并发调度冲突的关键步骤。若 Reserve 失败（如资源已被其他 Pod 预留），调度器会回退并重试。

2.5.4 Permit（许可）

Permit 阶段允许外部条件控制调度是否继续。例如，等待资源配额批准或准入 Webhook 响应。Permit 支持三种结果：

• 批准（Approved）：继续执行 Bind。
• 拒绝（Denied）：Pod 进入失败回退队列。
• 等待（Wait）：Pod 进入等待状态，超时后自动拒绝。

2.6 调度周期与绑定周期的分离

Scheduling Framework 将调度周期（Scheduling Cycle）与绑定周期（Binding Cycle）分离。调度周期是串行的（同一时间只调度一个 Pod），而绑定周期是并发的。这种设计提高了吞吐量，但也引入了一致性风险：

• 调度周期：Filter → Score → Reserve → Permit（串行，加锁）。
• 绑定周期：PreBind → Bind → PostBind（并发，无锁）。

当绑定周期中的 Pod 因 API Server 延迟而长时间未完成 Bind 时，调度周期可能基于过时的 Cache 做出决策。这是资源变更后调度不一致的常见根因。