Kubernetes作為當前最流行的容器編排系統，其核心組件之一——kube-scheduler，負責將Pod調度到合適的節點上運行。kube-scheduler的初始化過程是整個調度器啟動的關鍵步驟，涉及到命令行參數解析、配置文件加載、日志系統初始化、客戶端初始化、調度器初始化、插件初始化等多個環節。本文將深入探討kube-scheduler的初始化方法，分析其源碼實現，并總結其中的關鍵點。
kube-scheduler是Kubernetes集群中的核心組件之一，其主要職責是將新創建的Pod調度到集群中的合適節點上運行。調度器的決策過程基于多種因素，包括資源需求、親和性、反親和性、污點和容忍度等。kube-scheduler的設計目標是高效、可擴展和可配置，以滿足不同場景下的調度需求。
kube-scheduler的初始化流程可以分為以下幾個步驟：
kube-scheduler的命令行參數解析是通過cobra庫實現的。cobra是一個強大的命令行庫，支持子命令、參數解析、幫助信息生成等功能。kube-scheduler的命令行參數主要包括調度器的配置文件路徑、日志級別、API Server地址等。
func NewSchedulerCommand() *cobra.Command {
opts := options.NewOptions()
cmd := &cobra.Command{
Use: "kube-scheduler",
Long: `The Kubernetes scheduler is a control plane process which assigns
Pods to Nodes. The scheduler determines which Nodes are valid placements for
each Pod in the scheduling queue according to constraints and available
resources. The scheduler then ranks each valid Node and binds the Pod to
a suitable Node.`,
Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
if err := runCommand(cmd, opts, registryOptions...); err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "%v\n", err)
os.Exit(1)
}
},
}
fs := cmd.Flags()
namedFlagSets := opts.Flags()
for _, f := range namedFlagSets.FlagSets {
fs.AddFlagSet(f)
}
return cmd
}
kube-scheduler的配置文件通常是一個YAML文件，包含了調度器的詳細配置信息。配置文件的加載是通過viper庫實現的，viper支持多種配置文件格式，包括JSON、TOML、YAML等。配置文件的加載過程會覆蓋命令行參數中的默認值。
func loadConfigFile(configFile string) (*kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration, error) {
if configFile == "" {
return nil, nil
}
data, err := ioutil.ReadFile(configFile)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to read config file %q: %v", configFile, err)
}
config := &kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration{}
if err := runtime.DecodeInto(scheme.Codecs.UniversalDecoder(), data, config); err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to decode config file %q: %v", configFile, err)
}
return config, nil
}
kube-scheduler的日志系統是通過klog庫實現的，klog是Kubernetes項目中使用的一個日志庫，支持日志級別、日志格式、日志輸出等配置。日志系統的初始化通常在調度器啟動的早期階段完成，以確保后續的日志輸出能夠正常工作。
func initLogs() {
logFlags := flag.NewFlagSet("logs", flag.ExitOnError)
klog.InitFlags(logFlags)
logFlags.Set("logtostderr", "true")
logFlags.Set("v", "2")
}
kube-scheduler需要與Kubernetes API Server進行通信，以獲取集群狀態和資源信息?？蛻舳说某跏蓟峭ㄟ^client-go庫實現的，client-go是Kubernetes官方提供的Go語言客戶端庫，支持REST API、Informer、Lister等功能。
func createClients(config *rest.Config) (clientset.Interface, informers.SharedInformerFactory, error) {
client, err := clientset.NewForConfig(config)
if err != nil {
return nil, nil, fmt.Errorf("unable to create kube client: %v", err)
}
informerFactory := informers.NewSharedInformerFactory(client, 0)
return client, informerFactory, nil
}
調度器的初始化是kube-scheduler啟動的核心步驟，涉及到調度隊列、調度算法、調度緩存等核心組件的初始化。調度器的初始化過程通常包括以下幾個步驟：
func createScheduler(config *kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration, client clientset.Interface, informerFactory informers.SharedInformerFactory) (*scheduler.Scheduler, error) {
schedulerCache := internalcache.New(30*time.Second, stopCh)
schedulerQueue := internalqueue.NewSchedulingQueue()
schedulerAlgorithm, err := scheduler.NewGenericScheduler(
schedulerCache,
schedulerQueue,
config.AlgorithmSource,
client,
informerFactory,
)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to create scheduler algorithm: %v", err)
}
scheduler := scheduler.New(
client,
informerFactory,
schedulerAlgorithm,
schedulerCache,
schedulerQueue,
)
return scheduler, nil
}
kube-scheduler支持插件機制，允許用戶通過插件擴展調度器的功能。插件的初始化通常在調度器初始化之后進行，插件可以注冊到調度器的各個擴展點，如預選、優選、綁定等。
func createPlugins(config *kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration) ([]scheduler.Plugin, error) {
plugins := []scheduler.Plugin{}
for _, pluginConfig := range config.Plugins {
plugin, err := scheduler.NewPlugin(pluginConfig.Name, pluginConfig.Args)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to create plugin %q: %v", pluginConfig.Name, err)
}
plugins = append(plugins, plugin)
}
return plugins, nil
}
調度器的啟動是kube-scheduler初始化的最后一步，啟動后調度器會開始監聽和處理Pod調度請求。調度器的啟動過程通常包括以下幾個步驟：
func runScheduler(scheduler *scheduler.Scheduler, stopCh <-chan struct{}) {
scheduler.Run(stopCh)
}
NewSchedulerCommand函數NewSchedulerCommand函數是kube-scheduler的入口函數，負責創建cobra.Command對象并解析命令行參數。該函數的主要作用是初始化調度器的命令行接口，并設置調度器的運行邏輯。
func NewSchedulerCommand() *cobra.Command {
opts := options.NewOptions()
cmd := &cobra.Command{
Use: "kube-scheduler",
Long: `The Kubernetes scheduler is a control plane process which assigns
Pods to Nodes. The scheduler determines which Nodes are valid placements for
each Pod in the scheduling queue according to constraints and available
resources. The scheduler then ranks each valid Node and binds the Pod to
a suitable Node.`,
Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
if err := runCommand(cmd, opts, registryOptions...); err != nil {
fmt.Fprintf(os.Stderr, "%v\n", err)
os.Exit(1)
}
},
}
fs := cmd.Flags()
namedFlagSets := opts.Flags()
for _, f := range namedFlagSets.FlagSets {
fs.AddFlagSet(f)
}
return cmd
}
Run函數Run函數是kube-scheduler的啟動函數，負責調度器的初始化過程。該函數的主要作用是加載配置文件、初始化日志系統、創建客戶端、初始化調度器、初始化插件，并最終啟動調度器。
func runCommand(cmd *cobra.Command, opts *options.Options, registryOptions ...Option) error {
config, err := loadConfigFile(opts.ConfigFile)
if err != nil {
return err
}
initLogs()
client, informerFactory, err := createClients(opts.ClientConnection)
if err != nil {
return err
}
scheduler, err := createScheduler(config, client, informerFactory)
if err != nil {
return err
}
plugins, err := createPlugins(config)
if err != nil {
return err
}
scheduler.RegisterPlugins(plugins...)
stopCh := make(chan struct{})
runScheduler(scheduler, stopCh)
return nil
}
Setup函數Setup函數是kube-scheduler的初始化函數，負責調度器的核心組件初始化。該函數的主要作用是創建調度隊列、調度算法、調度緩存等核心組件，并最終創建調度器對象。
func Setup(config *kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration, client clientset.Interface, informerFactory informers.SharedInformerFactory) (*scheduler.Scheduler, error) {
schedulerCache := internalcache.New(30*time.Second, stopCh)
schedulerQueue := internalqueue.NewSchedulingQueue()
schedulerAlgorithm, err := scheduler.NewGenericScheduler(
schedulerCache,
schedulerQueue,
config.AlgorithmSource,
client,
informerFactory,
)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to create scheduler algorithm: %v", err)
}
scheduler := scheduler.New(
client,
informerFactory,
schedulerAlgorithm,
schedulerCache,
schedulerQueue,
)
return scheduler, nil
}
createClients函數createClients函數負責創建與Kubernetes API Server通信的客戶端。該函數的主要作用是創建clientset.Interface和informers.SharedInformerFactory對象，用于與API Server進行通信和同步集群狀態。
func createClients(config *rest.Config) (clientset.Interface, informers.SharedInformerFactory, error) {
client, err := clientset.NewForConfig(config)
if err != nil {
return nil, nil, fmt.Errorf("unable to create kube client: %v", err)
}
informerFactory := informers.NewSharedInformerFactory(client, 0)
return client, informerFactory, nil
}
createScheduler函數createScheduler函數負責創建調度器對象。該函數的主要作用是初始化調度器的核心組件，包括調度隊列、調度算法、調度緩存等，并最終創建調度器對象。
func createScheduler(config *kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration, client clientset.Interface, informerFactory informers.SharedInformerFactory) (*scheduler.Scheduler, error) {
schedulerCache := internalcache.New(30*time.Second, stopCh)
schedulerQueue := internalqueue.NewSchedulingQueue()
schedulerAlgorithm, err := scheduler.NewGenericScheduler(
schedulerCache,
schedulerQueue,
config.AlgorithmSource,
client,
informerFactory,
)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to create scheduler algorithm: %v", err)
}
scheduler := scheduler.New(
client,
informerFactory,
schedulerAlgorithm,
schedulerCache,
schedulerQueue,
)
return scheduler, nil
}
createPlugins函數createPlugins函數負責創建調度器插件。該函數的主要作用是根據配置文件中的插件配置，創建并初始化調度器插件。
func createPlugins(config *kubeschedulerconfig.KubeSchedulerConfiguration) ([]scheduler.Plugin, error) {
plugins := []scheduler.Plugin{}
for _, pluginConfig := range config.Plugins {
plugin, err := scheduler.NewPlugin(pluginConfig.Name, pluginConfig.Args)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("unable to create plugin %q: %v", pluginConfig.Name, err)
}
plugins = append(plugins, plugin)
}
return plugins, nil
}
kube-scheduler的配置是通過命令行參數和配置文件共同決定的。命令行參數通常用于指定配置文件的路徑、日志級別等基本信息，而配置文件則包含了調度器的詳細配置信息，如調度算法、插件配置等。調度器的配置過程涉及到多個組件的初始化，包括調度隊列、調度算法、調度緩存等。
kube-scheduler支持插件機制，允許用戶通過插件擴展調度器的功能。插件可以注冊到調度器的各個擴展點，如預選、優選、綁定等。插件的初始化通常在調度器初始化之后進行，插件可以動態加載和卸載，極大地增強了調度器的靈活性和擴展性。
kube-scheduler的設計目標是高效、可擴展和可配置，以滿足不同場景下的調度需求。調度器的擴展性主要體現在插件機制和調度算法的可配置性上。用戶可以通過插件機制擴展調度器的功能，也可以通過配置調度算法來滿足不同的調度需求。
kube-scheduler的初始化過程是整個調度器啟動的關鍵步驟，涉及到命令行參數解析、配置文件加載、日志系統初始化、客戶端初始化、調度器初始化、插件初始化等多個環節。本文詳細分析了kube-scheduler的初始化流程，深入探討了其源碼實現，并總結了其中的關鍵點。通過本文的分析，讀者可以更好地理解kube-scheduler的初始化方法，為深入研究和優化kube-scheduler提供參考。
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