【郑州课工场】深入解析Kubernetes 1.33版本Pod Priority and Preemption功能

深入解析 Kubernetes 1.33 版本 Pod Priority and Preemption 功能

一、Pod 优先级与抢占机制概述

在 Kubernetes 集群中，Pod 优先级与抢占机制用于决定 Pod 在资源竞争环境下的调度顺序和资源获取方式。优先级表示一个 Pod 相对于其他 Pod 的重要程度，高优先级的 Pod 在调度时会优先于低优先级的 Pod。当集群资源紧张，一个高优先级的 Pod 无法被调度时，抢占机制会被触发，系统会尝试驱逐（抢占）低优先级的 Pod，以腾出资源来调度高优先级的 Pod。

1.1 优先级的表示与设置

Kubernetes 使用 PriorityClass 对象来定义 Pod 的优先级。PriorityClass 是一个非命名空间对象，它将一个优先级类名映射到一个整数值，该整数值代表优先级的高低，值越大，优先级越高。例如：

kind: PriorityClass
apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
metadata:name: high-priority
value: 1000000
globalDefault: false
description: "This priority class should be used for high priority service pods only."

在这个例子中，定义了一个名为high-priority的优先级类，其优先级值为 1000000。globalDefault字段设置为false，表示它不会作为没有显式指定优先级类的 Pod 的默认优先级。

1.2 抢占机制的触发与执行

当一个 Pod 被创建并进入调度队列时，调度器会根据其优先级对 Pending 状态的 Pod 进行排序，高优先级的 Pod 排在前面。如果一个高优先级的 Pod 无法找到满足其资源需求的节点进行调度，调度器会尝试在集群中寻找一个节点，通过删除该节点上一个或多个低优先级的 Pod（牺牲者），使高优先级的 Pod 能够被调度到该节点上。

在 Kubernetes 1.33 版本中，对抢占机制进行了进一步优化，以提高其在复杂集群环境中的效率和稳定性。

二、Kubernetes 1.33 版本中 Pod Priority and Preemption 的新特性

2.1 更精细的抢占决策优化

在 1.33 版本中，Kubernetes 调度器在进行抢占决策时，考虑了更多的因素，以确保抢占行为更加合理和有效。例如，调度器会更细致地评估牺牲者 Pod 的影响范围，尽量选择对集群整体运行影响最小的低优先级 Pod 进行驱逐。这意味着在资源紧张的情况下，系统能够更好地平衡高优先级 Pod 的调度需求和集群中现有工作负载的稳定性。

2.2 与 PodDisruptionBudget（PDB）的协同改进

PodDisruptionBudget 用于定义在进行主动驱逐（如节点维护、高优先级 Pod 抢占等）时，应用程序可以容忍的 Pod 不可用数量。在 Kubernetes 1.33 版本中，Pod Priority and Preemption 机制与 PDB 的协同工作得到了显著改进。调度器在进行抢占操作时，会更加严格地遵循 PDB 的约束，尽量避免因为抢占而导致应用程序的可用性受到过度影响。如果在满足 PDB 约束的前提下无法找到合适的牺牲者 Pod，调度器会尝试寻找其他解决方案，而不是盲目地违反 PDB 进行抢占。

2.3 抢占过程中的资源预留与管理优化

在抢占过程中，Kubernetes 1.33 版本对资源预留和管理进行了优化。当调度器确定要抢占某个节点上的低优先级 Pod 时，它会在这些 Pod 被实际驱逐之前，预先为即将调度的高优先级 Pod 预留所需的资源。这样可以确保在牺牲者 Pod 被驱逐后，高优先级 Pod 能够迅速调度到该节点上，减少资源分配的延迟。同时，对于因为资源预留而导致的部分资源暂时不可用的情况，系统也进行了更合理的处理，避免对其他正在运行的 Pod 产生不必要的影响。

2.4 增强的抢占监控与反馈机制

为了更好地理解和管理集群中的抢占行为，Kubernetes 1.33 版本引入了增强的抢占监控与反馈机制。现在，管理员可以通过更详细的日志和指标，了解到每个抢占事件的具体情况，包括哪些 Pod 被抢占、为什么被抢占以及抢占对集群资源和其他 Pod 的影响等。这些信息有助于管理员及时发现和解决抢占过程中可能出现的问题，优化集群的资源调度策略。

三、新特性的应用场景与优势

3.1 保障关键业务的稳定运行

在企业级应用中，往往存在一些对业务连续性至关重要的应用程序，如核心交易系统、实时数据分析平台等。通过在 Kubernetes 1.33 集群中合理设置 Pod 优先级，将这些关键业务的 Pod 设置为高优先级，当集群资源紧张时，它们可以优先获得资源调度，并且在必要时通过抢占低优先级 Pod 的资源来确保自身的稳定运行。这大大提高了关键业务在复杂集群环境中的可靠性。

3.2 优化混合工作负载集群的资源分配

许多 Kubernetes 集群中同时运行着多种类型的工作负载，包括对实时性要求高的在线业务、计算密集型的离线任务以及开发测试环境的 Pod 等。Kubernetes 1.33 版本的 Pod Priority and Preemption 新特性，可以根据不同工作负载的优先级需求，实现更高效的资源分配。例如，在白天业务高峰期，优先保障在线业务的高优先级 Pod 运行，将计算资源不足的压力转移到低优先级的离线任务 Pod 上；而在夜间业务低谷期，可以适当提升离线任务 Pod 的优先级，充分利用集群的闲置资源。

3.3 提升集群应对突发负载的能力

在一些业务场景中，可能会出现突发的流量高峰或临时的资源密集型任务，如电商平台的促销活动、科研项目的紧急计算任务等。在 Kubernetes 1.33 集群中，利用 Pod Priority and Preemption 功能，可以快速响应这些突发负载。当有高优先级的突发任务到来时，系统能够自动抢占低优先级 Pod 的资源，为其提供运行保障，待突发任务完成后，低优先级 Pod 又可以重新获得资源继续运行。这种灵活的资源调度方式，极大地提升了集群应对突发负载的能力，保障了业务的正常运转。

四、使用 Pod Priority and Preemption 新特性的注意事项

4.1 合理设置优先级值

虽然 Kubernetes 允许设置的优先级值范围为 - 2147483648 到 1000000000（含），但在实际使用中，管理员需要根据业务的重要性和资源需求，合理设置优先级值。过高或过低的优先级设置可能会导致资源分配不合理，影响集群的整体性能。例如，如果将过多的 Pod 设置为极高优先级，可能会导致在资源紧张时频繁发生抢占，影响其他业务的正常运行。

4.2 避免优先级反转问题

优先级反转是指低优先级任务持有高优先级任务所需的资源，导致高优先级任务被阻塞，而低优先级任务却能够继续执行的情况。在使用 Pod Priority and Preemption 功能时，要注意避免这种情况的发生。可以通过合理设计应用架构，避免不同优先级的 Pod 之间存在资源依赖关系，或者采用资源锁等机制来协调资源访问。

4.3 监控与调整抢占策略

由于 Kubernetes 1.33 版本的抢占机制变得更加复杂和精细，管理员需要密切监控集群中的抢占行为，根据实际业务运行情况和资源使用情况，及时调整抢占策略。例如，如果发现某些低优先级的 Pod 频繁被抢占，影响了相关业务的正常运行，可以适当调整这些 Pod 的优先级，或者优化集群的资源分配策略，减少不必要的抢占行为。

五、总结

Kubernetes 1.33 版本在 Pod Priority and Preemption 功能上的改进，为集群资源管理带来了更强大、更灵活的能力。通过更精细的抢占决策、与 PDB 的协同改进、优化的资源预留与管理以及增强的监控反馈机制，用户可以更好地保障关键业务的稳定运行，优化混合工作负载集群的资源分配，提升集群应对突发负载的能力。然而，在使用这些新特性时，也需要注意合理设置优先级值、避免优先级反转问题以及持续监控和调整抢占策略，以充分发挥这些特性的优势，确保 Kubernetes 集群的高效稳定运行。