kube-scheduler-simulatorを用いたSchedulerのシミュレーションとその仕組み

kube-scheduler-simulatorを用いたSchedulerのシミュレーションとその仕組み  Kensei Nakada @sanposhiho  1

自己紹介  中田健誠 / Kyoto Uni (4th year)  普段はバックエンドエンジニアをしてます   
Twitter: @sanpo_shiho  GitHub: @sanposhiho    member of Kubernetes/Kubernetes SIGs 

もくじ  1. Kubernetes schedulerの概要  2. Kubernetes scheduler simulatorについて  3. Kubernetes
scheduler simulatorの仕組みについて  3

Kubernetes schedulerについて      4

Kubernetes scheduler  PodをどのNodeに割り当てるかを決定するコンポーネント    様々なリソースの状況からPodに最適なNodeを決定する    5

Scheduling Framework  公式Doc: 「Scheduling Framework | Kubernetes」より引用  6

Scheduling Framework  7 ## Scheduling Cycle  PodをどのNodeで実行するかを決定する  ## Binding Cycle 
Scheduling Cycle での決定を実際にクラスターに適応する 

Scheduling Framework  公式Doc: 「Scheduling Framework | Kubernetes」より引用  8

Scheduling Framework  Scheduling Framework (の Scheduling Cycle) のうち、  • Filter
(+ PreFilter)  • Score (+ PreScore)  • Normalized Score   の結果が主にNodeの決定に影響している (+ Plugin Weight)  ※ Extenderについては今回は割愛して説明します。 (scheduler simulatorでもExtenderには現状対応していません。)     9

Scheduling Framework  Filter  Podを実行できない(したくない)Nodeを候補から除外する    例えば…  ・リソース不足でPodが実行できないNode  ・nodeSelectorの条件に一致しないNode  を除外する  11

12 ×  ×  何かしらの観点でNodeをフィルタリングする 

13 ×  ×  何かしらの観点でNodeをフィルタリングする  ×  ×  ×  ×  もしこの段階で候補のNodeが全滅した場合
  → Preemptionする  → 諦める (Unscheduled)  

Preemption  Podは priority（優先度）を持つことができます。   優先度は他のPodに対する相対的なPodの重要度を示します。   もしPodをスケジューリングできないときには、スケジューラーはそのPodをスケジューリングできるようにするため、優先度の低いPodをプリエンプトする（追い出す）ことを試みます。   
  14 公式Doc: 「Pod Priority and Preemption | Kubernetes」より引用 

15 ×  ×  何かしらの観点でNodeをフィルタリングする 

Scheduling Framework  Score  残った候補のNodeをスコアリングする。    例えば…  ・全体のNodeのリソースの使用量のバランスがちょうど良くなるNodeを優先  ・Podを実行するコンテナイメージをすでに持っているNodeを優先  16

Scheduling Framework  Normalize Score  全てのScoreの結果を踏まえてScoreを修正する      17

18 何かしらの観点でNodeをスコアリングする 

Scheduling Framework  Plugin Weight  Plugin ごとにScoreの重み付けをできる。    (そのプラグインのスコア) × Plugin
Weight  19

20 Score B プラグインの Weightが1  → 10  → 50  Score
A プラグインの Weightが10  → 300  → 500 

21 → 10  → 50  Node1 が最終的に選ばれる   → 300 
→ 500  350  510 

仕組みざっくりまとめ  Scheduler は Scheduling Framework の流れに沿って動作  • Filter で実行できない/したくないNodeを弾き、  •
Score, Normalized Score でNodeをスコアリングし、  • 最後にPlugin Weightを加味して、  • どのNodeでPodを実行するか決定する    22

Scheduler Configuration  実行する Plugin と Plugin Weightを変更できる (詳しくは公式Doc)  23

[宣伝] 詳しい話は CloudNative Days で  24

web-based   Kubernetes scheduler simulator  25

Kubernetes scheduler simulator     Web 上から Scheduler の動作をシミュレートすることができるWebApp。  ↓ Kubernetes
SIGs のOrg元で公開  26

Kubernetes scheduler simulator      • フロントエンド + バックエンド +
etcd を立ち上げるだけ  ◦ 内部的に Kubernetes のクラスターを立ち上げているわけではない   ◦ docker image をk8s.gcr.ioから公開予定     27

Background  • Scheduler がその Node を選んだ理由は簡単に見ることができない  ◦ ログレベルをあげる必要がある (v=10)  
◦ ログを確認するには強い権限が必要   ◦ ログだと見にくい (主観)   • Scheduler の検証には実際のクラスターを立ち上げる必要がある  ◦ そのクラスター上で特定のリソースの状況を作るのもめんどくさい   28

特徴    • Web 上からリソースを作成し、クラスターの特定の状態を再現できる  通常の Kubernetes と同様のyaml を使用する 

スケジューリングに影響し得る   リソースの作成に対応  

Pod を作成するとどのNodeに配置されたかみることができる  

特徴    • プラグインごとの結果を全て可視化 ( 次スライド ) 

どのプラグインがどのNodeに対してどのような判断を下したかを表で確認できる 

特徴    • Scheduler の設定を Web 上から変更することができる  35

こういうことに使えるよ  • Scheduler 自体や Scheduler のプラグインごとの動作の検証  • Scheduler の動作原理の学習  に使用することができる 
  36

展望  37

展望  38

展望  39

Kubernetes scheduler simulator の仕組み  40

Kubernetes scheduler simulator の仕組み  どうやってクラスターを立ち上げずにシミュレートしているの？  41

Kubernetes scheduler simulator の仕組み  Scheduler に必要なコンポーネントのみを実行  (scheduler_perfの仕組みを参考にしている)      scheduler_perfについて詳しくは 
こちらのスライドを参照　→      https://speakerdeck.com/sanposhiho/kuberneteshaschedulerfalsepahuomansuwodofalseyouniji-ce-siteiruka  42

Simulator に必要なコンポーネント  • kube-apiserver (+ etcd)  • scheduler  • pv
controller  43

Kubernetes scheduler simulator の機能  • 各リソースの作成/変更/更新/削除  • schedulerの設定の変更  • プラグインごとのスケジューリング結果の収集/閲覧 
44

Scheduler の設定変更  1. 現在動いているSchedulerを停止させる   2. ユーザーがリクエストしたKubeSchedulerConfigurationを元にSimulator向けの設定を生成　  3. Schedulerを2の設定で起動する 
45

Scheduler の設定変更  1. 現在動いているSchedulerを停止させる   2. ユーザーがリクエストしたKubeSchedulerConfigurationを元にSimulator向けの設定を生成　← ？  3.
Schedulerを2の設定で起動する  46

プラグインの結果の収集  プラグイン = interfaceを満たすことで実装できる  ←プラグインのFilterメソッドを実行   ↓↑結果の記録  47

プラグインの結果の収集  • どのプラグインが  • どのNodeに対して  • どのような結果を出したのか  を全て収集する  ←プラグインのFilterメソッドを実行  
↓↑結果の記録  48

プラグインの結果の収集    結果を記録できるようにした新たなプラグインを動的に生成し、  デフォルトのプラグインの代わりに使用している  49

プラグインの結果の収集  結果を記録できるようにした新たなプラグインを動的に生成し、  デフォルトのプラグインの代わりに使用している  例えばFilterだとこんな感じ↓(/scheduler/plugin/plugins.go#L292)  ←元のFilterプラグインのFilterメソッドを実行   結果の記録  50

プラグインの結果の収集  各プラグインは同一の resultstore を持っており、そこに結果が貯められていく  51

プラグインの結果の収集  各プラグインは同一の resultstore を持っており、そこに結果が貯められていく  ↓  Schedulingの終了時に全ての結果をまとめたものがPodのAnnotationに反映される    52

プラグインの結果の収集  各プラグインは同一の resultstore を持っており、そこに結果が貯められていく  ↓  Schedulingの終了時に全ての結果をまとめたものがPodのAnnotationに反映される  ↓  フロントエンドがPodのAnnotationから表にして表示  53

プラグインの結果の収集まとめ  1. スケジュールの際に Filter メソッドが呼び出される  2. Filter メソッド内で元のプラグインの Filter メソッドを呼び出して結果を取得 
3. 取得した結果を resultstore に記録  4. (スケジュールが進む)  5. スケジュールの終了時にresultstore が結果を Pod の annotation に記録  ↓↑結果の記録  54

まとめ  • Scheduler では内部で様々なPluginが動作している  • Kubernetes scheduler simulatorでは、Pluginごとの動作を検証しつつ、Schedulerをシミュレートできる  •
内部的にはSchedulerに必要なコンポーネントのみを立ち上げ、Pluginを動的に入れ替えることでPluginの結果の取得を可能にしている  • feature request/bug報告などお待ちしています  55

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