2. K8s 调度基础：调度器架构、调度流程、节点选择与绑定机制

Kubernetes 调度器（kube-scheduler）是控制平面中负责将 Pod 分配到合适 Node 的核心组件。理解其架构、流程与绑定机制，是后续进行调度策略调优与配置漂移审计的基础。本章从调度器内部架构出发，逐步拆解调度全生命周期。

2.1 调度器架构：组件与职责

kube-scheduler 采用插件化架构，通过一系列可配置的调度队列、调度框架（Scheduling Framework）与绑定回路完成 Pod 的调度决策。其核心组件如下：

2.2 调度流程：从入队到绑定

一个 Pod 从创建到完成调度，经历以下核心阶段：

1. 入队（Queue）：Pod 进入 ActiveQ，按优先级排序；若调度失败则进入 BackoffQ 或 UnschedulableQ。
2. PreFilter：执行 Pod 级别的预处理检查（如 Pod 拓扑分布约束、卷冲突检测）。
3. Filter：遍历所有 Node，执行过滤插件（如节点资源不足、端口冲突、污点容忍）。
4. PostFilter：若无可调度 Node，执行抢占逻辑或标记为不可调度。
5. Score：对通过过滤的 Node 进行评分，选择最高分 Node。
6. Reserve：在缓存中预留资源，防止并发调度冲突。
7. Permit：等待外部准入许可（如动态资源调度）。
8. PreBind / Bind：执行绑定前预处理（如 CSI 卷挂载），然后写入绑定关系。
9. PostBind：绑定完成后的清理与通知。

2.3 节点选择与绑定机制

节点选择是调度流程的核心输出，绑定机制则确保选择结果持久化。两者协同工作，形成调度决策的闭环。

2.3.1 节点选择：过滤 + 评分

节点选择分为两个阶段：

• 过滤阶段（Filter）：硬性约束检查，不满足条件的 Node 被直接排除。常见过滤插件包括：
  • NodeResourcesFit：检查 CPU、内存是否满足 Pod 请求。
  • NodePorts：检查端口是否冲突。
  • NodeAffinity：检查节点亲和性规则。
  • TaintToleration：检查污点容忍。
• 评分阶段（Score）：对通过过滤的 Node 进行打分，选择最高分节点。常见评分插件包括：
  • NodeResourcesBalancedAllocation：优先选择资源分配均衡的节点。
  • ImageLocality：优先选择已缓存所需镜像的节点。
  • InterPodAffinity：优先满足 Pod 间亲和/反亲和规则。

2.3.2 绑定机制：从选择到持久化

绑定机制确保调度决策被可靠写入 API Server，并触发 kubelet 执行 Pod 启动。其核心流程如下：

绑定操作的伪代码如下：

// 绑定流程简化示例
func (s *Scheduler) bind(ctx context.Context, pod *v1.Pod, node string) error {
    // 1. PreBind 扩展点
    if err := s.runPreBindPlugins(ctx, pod, node); err != nil {
        s.runReservePluginsUnreserve(ctx, pod, node)
        return err
    }
    // 2. 执行绑定
    binding := &v1.Binding{
        ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{Name: pod.Name, Namespace: pod.Namespace},
        Target:     v1.ObjectReference{Kind: "Node", Name: node},
    }
    if err := s.client.CoreV1().Pods(pod.Namespace).Bind(ctx, binding, metav1.CreateOptions{}); err != nil {
        s.runPreBindPluginsUnreserve(ctx, pod, node)
        return err
    }
    // 3. PostBind 扩展点
    s.runPostBindPlugins(ctx, pod, node)
    return nil
}

2.4 调度器配置与可观测性

调度器配置通过 KubeSchedulerConfiguration 对象管理，支持动态调整插件启用/禁用、评分权重、队列策略等。Prometheus 提供的调度相关指标包括：