kubernetes負載感知排程

leason001發表於2024-08-14

背景

kubernetes 的原生排程器只能透過資源請求來排程 pod,這很容易造成一系列負載不均的問題,
並且很多情況下業務方都是超額申請資源,因此在原生排程器時代我們針對業務的特性以及評估等級來設定 Requests/Limit 比例來提升資源利用效率。
在這種場景下依然存在很多問題:

  1. 節點負載不均:原生 Kubernetes Scheduler 根據 Requests 和節點可分配總量來排程 Pod,既不考慮實時負載,也不估計使用量,這種純靜態的排程導致節點資源利用率分配不均。
    在流量波動性業務的場景下,在流量高峰時,部分節點利用率突破安全閾值,但是很多節點的利用率特別點,節點利用率相差特別大
  2. 業務週期性:在離線叢集分離,線上叢集底峰存在巨大資源浪費

本文主要討論如果解決問題一,線上叢集內部提升資源利用率

線上叢集 Cpu 離散係數0.45,整個叢集高峰時 Cpu 利用率僅25%左右;下圖 Cpu 使用率離散圖:

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破局

基於上述情況,高峰時 Cpu 利用率僅25%肯定不是合理的情況,業界做的好的50%+。想要繼續提升利用率,必須解決節點負載不均問題:

  1. 感知節點真實負載:要解決節點負載不均問題,必須要上報節點當前真實的負載
  2. 基於負載的正向排程外掛:在預設排程器的基礎上增加基於負載的排程外掛,在正向排程是儘量保證節點間水位平均
  3. 基於負載的重排程元件:當業務不斷波動,節點可能會因為應用負載變化導致節點負載出現差別,需要重排程遷移 Pod 重新達到平均

實踐

關注的兩個開源專案:

Koordinator: https://koordinator.sh/

Crane: https://gocrane.io/

相對於 Koordinator 專門為混部而生的軟體,Crane以 Finops 為出發點,二者相比Koordinator更適合我們,在離線混部也是下一步計劃。

調研測試

上線之後:
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遇到的問題

  1. 熱點節點問題:在業務高峰時,節點負載變高,會出現熱點節點,這個時候需要重排程元件介入,把 Pod 重新排程到其他節點上

需要前置打散熱點節點,這就需要對應用進行資源畫像,在排程中分散這種型別的應用,避免業務高峰熱點節點的產生
2. 在1中的情況下,擴容部分節點緩解叢集壓力時,新上的節點會迅速被熱點Pod佔滿,導致節點負載升高,再次觸發重排程

調整排程外掛中負載均衡打分外掛的權重,讓節點負載更均衡,避免熱點節點問題
3. 找到合適的節點規格,小規格節點,更容器出現熱點節點

在我們的業務場景下下,當前來看48c節點熱點節點出現機率小於32c

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