3、Pod调度基础：调度器工作原理、调度队列、调度周期、过滤与打分阶段

Pod 调度是 Kubernetes 集群的核心控制面行为之一。调度器（kube-scheduler）负责为新创建的、尚未绑定到节点的 Pod 选择一个最合适的节点。理解调度器的工作原理、调度队列、调度周期以及过滤与打分阶段，是进行集群资源预留和升级窗口管理的基础。

3.1 调度器工作原理概述

kube-scheduler 以独立组件或静态 Pod 形式运行，通过 Kubernetes API Server 监听未调度的 Pod（spec.nodeName 为空）。调度器为每个待调度 Pod 执行一个完整的调度周期，最终将 Pod 绑定到目标节点。其核心工作流程可概括为：

1. 监听与入队：通过 Informer 机制监听 Pod 变化，将未调度的 Pod 加入调度队列。
2. 调度周期：从队列中取出 Pod，依次执行过滤（Predicates）和打分（Priorities）阶段。
3. 绑定周期：将调度结果（Pod 与 Node 的绑定关系）异步写入 API Server。

3.2 调度队列

调度队列是调度器的输入缓冲，负责管理待调度的 Pod。Kubernetes 默认使用三种队列结构，确保调度公平性与优先级处理：

3.3 调度周期

调度周期是调度器为单个 Pod 执行的核心决策过程，包含两个主要阶段：过滤（Filtering）和打分（Scoring）。整个周期是同步执行的，确保调度决策的原子性。

3.4 过滤阶段

过滤阶段（又称 Predicates 阶段）的目标是筛选出满足 Pod 运行基本条件的节点。调度器按顺序执行一组内置的过滤插件，任何一个插件返回失败，该节点即被排除。

常用的过滤插件包括：

• PodFitsResources：检查节点剩余 CPU、内存、GPU 等资源是否满足 Pod 的 requests。
• PodFitsHostPorts：检查 Pod 请求的端口是否已被占用。
• MatchNodeSelector：检查 Pod 的 nodeSelector 是否匹配节点标签。
• PodToleratesNodeTaints：检查 Pod 的 tolerations 是否能容忍节点的 taints。
• CheckNodeUnschedulable：检查节点是否被标记为不可调度（.spec.unschedulable: true）。
• NodeAffinity：检查节点亲和性规则。

3.5 打分阶段

打分阶段（又称 Priorities 阶段）对通过过滤的节点进行评分，选出最优节点。每个打分插件返回 0-100 的分数，调度器按权重加权求和，最终选择总分最高的节点。

3.6 调度器扩展机制

Kubernetes 调度器支持通过 Scheduler Framework 进行扩展，允许用户自定义调度逻辑。框架定义了多个扩展点（Extension Points），分布在调度周期的不同阶段：

• QueueSort：自定义调度队列排序逻辑。
• PreFilter / Filter / PostFilter：过滤阶段的前、中、后处理。
• PreScore / Score / NormalizeScore：打分阶段的前、中、分数归一化。
• Reserve / Permit / PreBind / Bind / PostBind：绑定周期的扩展点。

3.7 调度器配置与性能

调度器的性能直接影响集群的 Pod 启动速度。以下参数对调度吞吐量有显著影响：

3.8 调度器与资源预留的关系

资源预留（Resource Reservation）直接影响调度器的过滤阶段。调度器在计算节点可用资源时，会考虑以下因素：

• 节点容量：status.capacity 中的 CPU、内存等总量。
• 已分配资源：所有已绑定 Pod 的 requests 总和。
• 系统预留：kubelet 的 --system-reserved 和 --kube-reserved 参数预留的资源。
• 节点可分配资源：status.allocatable = 容量 - 系统预留 - kubelet 预留。

调度器使用 status.allocatable 作为节点可用资源的基准，而非 status.capacity。因此，合理的资源预留配置可以防止调度器将 Pod 分配到资源已被系统进程占用的节点。