Kube-Scheduler-Simulator: Der Schlüssel zu besserem Scheduling in Kubernetes

Der Kubernetes Scheduler ist ein entscheidendes Element im Control Plane, das bestimmt, auf welchem Node ein Pod ausgeführt wird. Jede Person, die Kubernetes nutzt, verlässt sich auf einen Scheduler.

Der kube-scheduler-simulator ist ein Simulator für den Kubernetes Scheduler, der als Projekt im Google Summer of Code 2021 gestartet wurde und von mir (Kensei Nakada) entwickelt wurde. Diese Anwendung ermöglicht es Nutzern, das Verhalten und die Entscheidungen des Schedulers genau zu untersuchen.

Er ist nützlich für Gelegenheitsnutzer, die Scheduling-Bedingungen verwenden (zum Beispiel Inter-Pod-Affinitäten) sowie für Experten, die den Scheduler mit benutzerdefinierten Plugins erweitern.

Motivation

Der Scheduler erscheint oft als schwarze Box, die aus vielen Plugins besteht, die jeweils aus ihrer eigenen Perspektive zur Entscheidungsfindung beim Scheduling beitragen. Es kann herausfordernd sein, sein Verhalten zu verstehen, da er eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt.

Selbst wenn ein Pod in einem einfachen Testcluster korrekt zu sein scheint, könnte er basierend auf anderen Berechnungen als erwartet eingeplant worden sein. Diese Diskrepanz kann zu unerwarteten Planungsergebnissen führen, wenn er in einer großen Produktionsumgebung eingesetzt wird.

Außerdem ist das Testen eines Schedulers eine komplexe Herausforderung. Es gibt unzählige Betriebsarten, die innerhalb eines echten Clusters ausgeführt werden, was es unpraktisch macht, jedes Szenario mit einer endlichen Anzahl von Tests vorherzusehen. Oft werden Fehler erst entdeckt, wenn der Scheduler in einem realen Cluster bereitgestellt wird. Tatsächlich werden viele Bugs von Benutzern nach der Veröffentlichung gefunden, selbst im upstream kube-scheduler.

Eine Entwicklungs- oder Sandbox-Umgebung für das Testen des Schedulers — oder tatsächlich jeder Kubernetes-Controller — ist eine gängige Praxis. Diese Herangehensweise greift jedoch zu kurz, um alle potenziellen Szenarien zu erfassen, die in einem Produktionscluster auftreten könnten, da ein Entwicklungscluster oft viel kleiner ist und deutliche Unterschiede in der Arbeitslastgröße und den Skalierungsdynamiken aufweist. Es erlebt nie die genau gleiche Nutzung oder zeigt das gleiche Verhalten wie sein Produktionspendant.

Der kube-scheduler-simulator zielt darauf ab, diese Probleme zu lösen. Er ermöglicht es Nutzern, ihre Scheduling-Bedingungen, Scheduler-Konfigurationen und benutzerdefinierten Plugins zu testen, während sie jeden detaillierten Aspekt der Scheduling-Entscheidungen überprüfen. Außerdem können Nutzer eine simulierte Cluster-Umgebung erstellen, in der sie ihren Scheduler mit denselben Ressourcen wie in ihrem Produktionscluster testen können, ohne die tatsächlichen Arbeitslasten zu beeinträchtigen.

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Quelle: Kubernetes Blog