调度框架（Scheduling Framework）设计理念与扩展点详解

Kubernetes 调度器从 v1.19 开始引入了 Scheduling Framework（调度框架），这是一套插件化的调度架构。它将调度流程拆解为多个明确定义的阶段（Phase），每个阶段都开放了扩展点（Extension Point），允许开发者通过编写插件来注入自定义调度逻辑，而无需修改调度器核心代码。

2.1 调度框架的核心设计理念

调度框架的设计围绕以下三个核心理念展开：

• 阶段化（Phasing）：将调度周期（Scheduling Cycle）和绑定周期（Binding Cycle）拆分为多个顺序执行的阶段，每个阶段职责单一。
• 插件化（Plugin）：每个扩展点可以注册多个插件，插件之间通过优先级排序，按序执行。
• 可组合（Composable）：用户可以根据集群需求，通过 KubeSchedulerConfiguration 配置文件灵活组合插件，实现定制化调度行为。

调度框架将一次 Pod 调度过程分为两个主要周期：

2.2 调度框架整体流程（SVG）

下图展示了调度框架中 Scheduling Cycle 与 Binding Cycle 的完整流程，以及各扩展点的执行顺序：

2.3 扩展点详解

调度框架共定义了 11 个扩展点，分布在调度周期和绑定周期中。每个扩展点都有明确的输入、输出和职责。

2.3.1 Scheduling Cycle 扩展点

2.3.2 Binding Cycle 扩展点

2.4 扩展点执行顺序与插件优先级

调度框架通过 KubeSchedulerConfiguration 中的 plugins 字段来配置每个扩展点启用的插件及其执行顺序。每个插件可以设置 weight（权重）和 order（顺序）。

以下是一个典型的调度器配置片段：

apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1
kind: KubeSchedulerConfiguration
profiles:
  - schedulerName: default-scheduler
    plugins:
      filter:
        enabled:
          - name: NodeResourcesFit
          - name: NodeName
          - name: NodeUnschedulable
        disabled:
          - name: "*"   # 禁用所有默认 Filter 插件，仅保留上面启用的
      score:
        enabled:
          - name: NodeResourcesFit
            weight: 2
          - name: ImageLocality
            weight: 1
      permit:
        enabled:
          - name: CustomPermitPlugin
    pluginConfig:
      - name: NodeResourcesFit
        args:
          scoringStrategy:
            type: LeastAllocated   # 使用最少资源分配策略

2.5 扩展点与节点资源碎片治理的关系

在节点资源碎片治理场景中，调度框架的以下扩展点尤为关键：

• Filter 扩展点：通过 NodeResourcesFit 插件过滤掉资源碎片严重的节点，避免将 Pod 调度到剩余资源零散、无法容纳新 Pod 的节点。
• Score 扩展点：通过自定义打分策略（如 MostAllocated 或 LeastAllocated）引导 Pod 优先调度到资源利用率高或碎片程度低的节点。
• PreFilter 扩展点：在调度前检查 Pod 的资源需求，提前排除明显不满足条件的节点，减少后续 Filter 的计算开销。
• Reserve 扩展点：确保在并发调度场景下，资源预留不会导致碎片加剧。

通过合理配置这些扩展点的插件，调度器可以在调度决策中主动考虑节点资源碎片因素，从而提升集群整体资源利用率。

2.6 扩展点插件开发接口

调度框架为每个扩展点定义了 Go 接口，开发者只需实现对应接口即可注册为插件。以下是最常用的两个扩展点接口示例：

// FilterPlugin 接口
type FilterPlugin interface {
    Plugin
    Filter(ctx context.Context, state *CycleState, pod *v1.Pod, nodeInfo *NodeInfo) *Status
}

// ScorePlugin 接口
type ScorePlugin interface {
    Plugin
    Score(ctx context.Context, state *CycleState, p *v1.Pod, nodeName string) (int64, *Status)
    ScoreExtensions() ScoreExtensions
}

2.7 调度框架的优势总结