Управление распределенными ресурсами и планирование

Управление распределенными ресурсами и планированиеда Укажите нараспределенныйсистемаэффективноуправлятьи Планированиесистемаресурсы в,для удовлетворения потребностей различных задач. в распределеннойсистеме,Ресурсы могут включать в себя вычислительные ресурсы (например, ЦП, Память), Ресурсы хранения (например, дисковое пространство)、Ожидание пропускной способности сети.

Целью управления распределенными ресурсами является достижение эффективного использования ресурсов и справедливого их распределения. При этом необходимо учитывать следующие аспекты:

1. Обнаружение и регистрация ресурсов. Узлы в распределенной системе должны иметь возможность обнаруживать и регистрировать ресурсы, которые они предоставляют. Этого можно достичь с помощью централизованного реестра или децентрализованного протокола.
2. Планирование ресурсов: как только узел регистрирует предоставляемые им ресурсы, планировщику необходимо решить, как распределить задачи по узлам. Планировщику необходимо учитывать такие факторы, как приоритет задачи, загрузка узла и зависимости между задачами.
3. Мониторинг ресурсов иуправлять: Чтобы эффективно управлять ресурсами, ресурсы необходимо контролировать иуправлять. Сюда входит мониторинг условий загрузки узлов, обнаружение неисправных узлов и восстановление после сбоев, а также динамическая корректировка распределения ресурсов.
4. Эластичное расширение. В динамично меняющейся среде системе может потребоваться эластичное расширение или сжатие в зависимости от спроса. Это означает, что система должна иметь возможность автоматически добавлять или удалять узлы в зависимости от условий нагрузки и соответствующим образом перераспределять задачи.

Общее управление распределенными ресурсами и планированиесистемавключатьApache Mesos, Kubernetes, YARN и т. д. Эти системы предоставляют полную структуру управления ресурсами и планирования, которая может помочь пользователям эффективно использовать ресурсы в распределенных системах и предоставить гибкие возможности расширения и конфигурации.

Происхождение и процесс планирования распределенных ресурсов

Происхождение планирования распределенных ресурсов можно проследить до процесса развития распределенных вычислений. Поскольку масштаб компьютерных систем продолжает расширяться, а требования к приложениям возрастают, один вычислительный узел не может удовлетворить потребности крупномасштабных задач. Поэтому люди начали объединять несколько компьютеров в распределенную систему для совместного использования и совместного использования ресурсов.

В ранних распределенных системах планирование ресурсов обычно выполнялось вручную. Администраторам необходимо вручную распределять задачи по доступным узлам и отслеживать нагрузку на узлы. Этот подход имеет множество проблем, таких как неэффективность, несправедливость, склонность к ошибкам и т. д.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи начали предлагать автоматизированные методы и алгоритмы планирования распределенных ресурсов. Эти методы и алгоритмы предназначены для интеллектуального управления и планирования ресурсов в распределенных системах для улучшения использования ресурсов, уменьшения задержек, повышения производительности системы и т. д.

Современное планирование распределенных ресурсов обычно использует два метода: централизованный или децентрализованный:

1. Централизованное планирование. При централизованном планировании существует централизованный планировщик или управляющий, отвечающий за планирование задач и ресурсов, управляемых на всех узлах всей системы. Он поддерживает глобальное представление и принимает решения на основе такой информации, как требования к задаче, загрузка узла и т. д. Общие централизованные планировщики включают Apache. Месос Японская ПРЯЖА.
2. Распределенное планирование. При децентрализованном планировании каждый узел имеет свой собственный планировщик, который отвечает за планирование и управление задачами локальных ресурсов. Узлы взаимодействуют и сотрудничают посредством протоколов для достижения глобального распределения ресурсов. Распространенные варианты распределенного планирования включают Kubernetes.

Различные алгоритмы и стратегии планирования распределенных ресурсов могут быть выбраны в соответствии с конкретными потребностями и сценариями. Например, алгоритм минимального оставшегося времени (SJF), алгоритм справедливого распределения, алгоритм балансировки нагрузки и т. д. Эти алгоритмы учитывают такие факторы, как приоритет задачи, балансировка нагрузки на узлы, ограничения ресурсов и т. д. для достижения эффективного, справедливого и масштабируемого планирования ресурсов.

Короче говоря, разработка распределенного планирования ресурсов призвана решить проблему эффективного использования крупномасштабных задач в распределенных системах и обеспечить эффективное, справедливое и масштабируемое управление ресурсами и механизмы планирования посредством автоматизации и интеллекта.

Какие проблемы может решить планирование ресурсов?

Планирование ресурсов играет жизненно важную роль в распределенных системах и может решить следующие проблемы:

1. Оптимизация использования ресурсов. Планирование ресурсов может помочь системе полностью использовать доступные ресурсы и улучшить их использование. Разумно распределяя задачи или рабочие нагрузки между различными вычислительными узлами, можно максимизировать ресурсы каждого узла и избежать нерационального использования ресурсов и простоя.
2. балансировка нагрузка: Планирование ресурсов позволяет добиться балансировки нагрузку, равномерно распределить задачи или рабочую нагрузку на различные вычислительные узлы. Балансируя нагрузку узлов, вы можете избежать снижения производительности, вызванного перегрузкой некоторых узлов, одновременно улучшая пропускную способность и скорость реагирования всей системы.
3. Эластичное расширение: планирование ресурсов может поддержать упругое расширение SISTEMA. Когда на Системе необходимо выполнять больше задач или рабочих нагрузок, планирование ресурсов может автоматически выделять задачи на недавно добавленные вычислительные узлы и достичь горизонтального расширения. Это может динамически увеличивать или уменьшить вычислительные ресурсы в соответствии с спросом, чтобы адаптироваться к рабочей нагрузке изменений.
4. Отказоустойчивость: благодаря разумным стратегиям планирования ресурсов система может иметь возможности отказоустойчивости. Когда вычислительный узел выходит из строя или становится недоступным, планировщик ресурсов может переносить задачи на другие доступные узлы, чтобы обеспечить надежность непрерывного выполнения задач.
5. Оптимизация локальности данных. При планировании ресурсов можно учитывать локальность данных и планировать задачи или рабочие нагрузки, которые должны обрабатывать одни и те же данные на соседних вычислительных узлах. Это может снизить накладные расходы на передачу данных и сетевое взаимодействие, а также повысить эффективность выполнения задач.
6. Приоритет управления: планирование ресурсов можно запланировать в соответствии с приоритетом задачи. Установив приоритеты различных задач, вы можете обеспечить своевременную обработку задач с высоким приоритетом и не допустить длительного ожидания задач с низким приоритетом.

Подводя итог, планирование ресурсов решает такие проблемы, как использование ресурсов, балансировка нагрузки, эластичное расширение, отказоустойчивость, локальность данных и управление приоритетами в распределенных системах. Благодаря разумным стратегиям и алгоритмам планирования ресурсов можно повысить производительность, надежность и масштабируемость системы.

процесс планирования ресурсов

Планирование ресурсов — это динамический процесс, который включает в себя следующие основные этапы:

1. Сбор информации о ресурсах. Планировщику ресурсов сначала необходимо собрать информацию о доступных в данный момент вычислительных ресурсах. Сюда входит использование процессора, памяти, хранилища и других ресурсов вычислительного узла, а также пропускная способность сети и другие связанные показатели.
2. Описание задачи или рабочей нагрузки. Планировщик ресурсов получает описание задачи или рабочей нагрузки, которую необходимо выполнить, включая требования к ресурсам задачи, приоритет, ограничения и другую информацию. Эта информация может быть предоставлена ​​планировщику через файлы конфигурации, запросы API или другими способами.
3. Выбор стратегии планирования: на основе описания задачи или рабочей нагрузки и текущих доступных ресурсов планировщик ресурсов выбирает подходящую стратегию планирования для распределения задач. Политика планирования может основываться на различных факторах, таких как балансировка. нагрузка, локальность данных, приоритет управлять.
4. Выбор узла: при выборе подходящего узла для выполнения задачи планировщик ресурсов будет учитывать нагрузку существующих задач на узле, правила сходства между узлом и задачей (если они определены), ресурсы, доступные на узле и задаче. Факторы требований, такие как степень соответствия между ними.
5. Распределение задач и миграция: после выбора целевого узла планировщик ресурсов назначает задачи узлу и выполняет необходимые операции миграции. Это может включать копирование данных на целевой узел, запуск контейнера или процесса задачи и обеспечение правильного выполнения задачи на целевом узле.
6. Мониторинг и настройка. После назначения задачи узлу планировщик ресурсов контролирует выполнение задачи и использование ресурсов узла. Если при выполнении задачи обнаружены проблемы или ресурсы узла ограничены, планировщик может внести соответствующие корректировки, такие как переназначение задач, миграция задач или корректировка ограничений ресурсов.
7. Динамическая настройка. Планирование ресурсов — это динамический процесс. Поскольку состояние меняется со временем, планировщику необходимо постоянно выполнять распределение и оптимизацию ресурсов. Это может включать автоматическое масштабирование, восстановление после сбоев, отказоустойчивость и т. д. на основе условий нагрузки в реальном времени.

выше процесс планирования Общие шаги для ресурсов. Конкретные методы и стратегии реализации могут различаться в зависимости от инструментария системы. Платформы оркестрации, такие как Kubernetes, предоставляют богатые функции и механизмы планирования ресурсов, которые могут помочь упростить автоматизацию. планирования ресурсов。

Стратегии разделения ресурсов и планирования

Стратегии разделения ресурсов и планирование Ключевые стратегии управления ресурсами и планирования задач в распределенной системе. Вот некоторые общие стратегии разделения ресурсов и планирования：

1. Статическое секционирование. Статическое секционирование означает разделение ресурсов в соответствии с предопределенными правилами при запуске системы. Каждому узлу выделяется определенное количество ресурсов и он самостоятельно управляет этими ресурсами. Эта стратегия подходит для стабильных рабочих нагрузок, но не для динамически меняющихся сред.
2. Динамическое секционирование. Динамическое секционирование динамически распределяет ресурсы во время выполнения в зависимости от фактических потребностей и условий нагрузки. Этого можно добиться с помощью централизованного планировщика или адаптивного алгоритма. Динамическое секционирование позволяет разумно перераспределять ресурсы в соответствии с требованиями задачи и условиями загрузки узла для повышения производительности и использования ресурсов.
3. балансировка нагрузки：балансировка нагрузкада Общая стратегия планирования, целью которой является балансировка нагрузки различных узлов в системе, чтобы избежать перегрузки некоторых узлов и снижения производительности. балансировка Нагрузка может быть реализована посредством миграции задач, репликации задач и т. д., чтобы обеспечить относительно сбалансированную нагрузку на каждый узел.
4. Приоритетное планирование. Приоритетное планирование — это стратегия планирования задач на основе их приоритета. Заданиям с высоким приоритетом будут выделены ресурсы в первую очередь, чтобы гарантировать своевременное выполнение важных задач. Эта стратегия позволяет расставлять приоритеты задач на основе таких факторов, как их важность и срочность.
5. Эластичное планирование. Эластичное планирование динамически расширяет или сжимает ресурсы в ресурсе в зависимости от условий нагрузки и требований к ресурсам. При высокой нагрузке можно автоматически добавлять новые узлы и назначать задачи, при низкой нагрузке узлы можно автоматически удалять для экономии ресурсов; Эта стратегия может повысить гибкость и эффективность системы.
6. Fair Share: Fair Share — стратегия справедливого распределения ресурсов, гарантирующая, что каждая задача или пользователь получит справедливую долю ресурсов в системе. Этого можно достичь за счет распределения веса, ротации временных интервалов и т. д., чтобы определенные задачи или пользователи не занимали большой объем ресурсов в течение длительного времени и не приводили к ограничению других задач.
7. Прогнозное планирование. Прогнозное планирование — это стратегия принятия решений по планированию на основе исторических данных и моделей прогнозирования. Прогнозируя тенденции нагрузки и требования к ресурсам, можно заранее принять разумные решения по планированию, чтобы сократить задержки и повысить производительность.

Эти стратегии можно выбирать и комбинировать в соответствии с конкретными сценариями применения и потребностями. В практических приложениях несколько стратегий обычно рассматриваются комплексно, корректируются и оптимизируются в соответствии с фактической ситуацией в системе для достижения наилучшего эффекта управления ресурсами и планирования задач.

Как делятся ресурсы Linux Contai

Контейнеры Linux — это облегченная технология виртуализации, которая упаковывает приложения и их зависимости в независимую рабочую среду, называемую контейнером. В Linux контейнеры используют пространство имен и функции группы управления (cgroup) ядра Linux для изоляции и ограничения ресурсов.

Разделение ресурсов осуществляется через группы управления (cgroups). Группы управления — это механизм, предоставляемый ядром Linux для организации процессов в иерархию и назначения ограничений ресурсов для каждой иерархии. С помощью групп управления можно разделить и управлять такими ресурсами, как ЦП, память, дисковый ввод-вывод и пропускная способность сети.

Вот несколько распространенных способов разделения ресурсов:

1. Разделение ЦП: вы можете использовать группы управления, чтобы ограничить интервал времени и количество ядер процессора, используемых контейнером. Это обеспечивает справедливое распределение ресурсов ЦП между различными контейнерами и предотвращает использование слишком большого количества ресурсов ЦП одним контейнером.
2. Разделение памяти: объем памяти, который может использовать каждый контейнер, можно установить с помощью группы управления. Когда контейнер превышает выделенный лимит памяти, система запускает OOM (Out of Memory) механизм обработки, такой как завершение контейнера или освобождение памяти посредством подкачки памяти (свопа) и т. д.
3. Разделение дискового ввода-вывода: вы можете использовать планировщик ввода-вывода и группу управления блокирующими устройствами, чтобы ограничить доступ контейнера к дисковому вводу-выводу. Это позволит избежать чрезмерного использования дисковых ресурсов ввода-вывода определенным контейнером и обеспечить общую производительность системы.
4. Разделение пропускной способности сети: использование контейнером пропускной способности сети можно ограничить с помощью группы управления сетью (net_cls) и планировщика очередей (qdisc). Это гарантирует справедливое распределение сетевого трафика между различными контейнерами и не позволяет одному контейнеру занимать слишком большую пропускную способность сети.

В дополнение к вышеуказанным методам разделения ресурсов для более точного управления ресурсами также можно использовать другие функции группы управления, такие как ввод-вывод блочного устройства, количество процессов, файловые системы и т. д.

Следует отметить, что разделение ресурсов представляет собой изоляцию и ограничение на программном уровне и не обеспечивает изоляцию на аппаратном уровне. Поэтому при использовании контейнеров Linux в мультитенантной среде вам все равно необходимо учитывать аспекты безопасности и изоляции и принимать соответствующие меры безопасности для защиты системы и данных.

Как распределяются задачи и ресурсы

Распределение задач и ресурсов является ключевым вопросом, который включает в себя распределение задач по доступным ресурсам для достижения эффективного выполнения. Вот некоторые распространенные стратегии распределения задач и ресурсов:

1. Статическое распределение. При статическом распределении между задачами и ресурсами устанавливаются фиксированные отношения сопоставления. Каждая задача назначается определенному ресурсу и остается неизменной на протяжении всего выполнения. Этот подход подходит для стабильных и предсказуемых рабочих нагрузок, когда между задачами нет особых различий или конкуренции.
2. Динамическое распределение. Динамическое распределение позволяет гибко настраивать взаимосвязь между задачами и ресурсами в соответствии с потребностями и статусом в реальном времени. Этот подход подходит для рабочих нагрузок, которые разнообразны и весьма неопределенны. Динамическое распределение может основываться на приоритете задачи, использовании ресурсов, балансировке. Принимайте решения на основе таких факторов, как нагрузка, и при необходимости корректируйте сопоставление взаимосвязей между задачами и ресурсами.
3. балансировка нагрузки：балансировка нагрузкада Общая стратегия распределения задач и ресурсов, предназначенная для балансировки нагрузки между различными узлами или процессорами в системе. Равномерно распределяя задачи по доступным ресурсам, вы избегаете перегрузки одних узлов и оставляете другие бездействующими. балансировка нагрузка может принимать решения на основе таких факторов, как характеристики задачи, доступность ресурсов и условия нагрузки.
4. Приоритет управления: распределение задач и ресурсов может осуществляться в соответствии с приоритетом задачи управления. Высокоприоритетным задачам можно выделить больше ресурсов, чтобы обеспечить их своевременное выполнение. Задачи с низким приоритетом могут быть ограничены, чтобы избежать неблагоприятного воздействия на задачи с высоким приоритетом.
5. Эластичное расширение. Когда системе необходимо обрабатывать большие рабочие нагрузки, эластичное расширение может быть достигнуто за счет динамического добавления дополнительных ресурсов. Этот подход позволяет системе автоматически корректировать распределение ресурсов в зависимости от спроса для удовлетворения меняющихся рабочих нагрузок.

Выше приведены некоторые общие задачи и стратегии распределения ресурсов. Выбор стратегии зависит от требований вашего приложения и системной среды. В практических приложениях может возникнуть необходимость учитывать множество факторов и принять гибридную стратегию, подходящую для конкретных сценариев.

Распределенная архитектура планирования

Распределенная архитектура Планирование относится к общей архитектуре планирования задач и управления ресурсами в распределенной системе. Ниже представлена ​​общая Распределенная архитектура планирования：Master/WorkerАрхитектура。

В архитектуре Master/Worker имеется централизованный планировщик (Master) и несколько рабочих узлов (Worker). Мастер отвечает за управление ресурсами и планирование задач всей системы, а рабочий узел отвечает за выполнение конкретных задач.

Ниже приведены основные компоненты и процессы архитектуры Master/Worker:

1. Главный узел: Мастер Узел — это центральный узел управления всей системой, отвечающий за глобальное управление ресурсами и планирование задач. Он хранит информацию о состоянии всей системы, включая доступные ресурсы, загрузку узла, ожидание очереди задач. Главный узел принимает решения на основе требований задачи, загрузки узла и другой информации и распределяет задачи по соответствующим рабочим узлам.
2. Рабочий узел: вычислительный узел, где Рабочий Узел выполняет определенные задачи. Каждый рабочий узел независимо владеет своими собственными ресурсами и передает мастеру собственную информацию о состоянии, такую ​​как доступные ресурсы и условия нагрузки. Рабочий узел получает распределение задач от мастера и выполняет соответствующие задачи.
3. Протокол связи: Мастер и работник общаются и сотрудничают посредством протоколов связи. Протокол связи может быть реализован с использованием HTTP, RPC (вызов удаленных процедур), очереди сообщений и т. д. Через протокол связи Мастер может отправлять запросы на распределение задач Работнику и получать информацию о состоянии Работника.
4. Управление ресурсами: Мастер отвечает за управление глобальными ресурсами, включая распределение и переработку ресурсов. Он динамически распределяет ресурсы между рабочими узлами на основе требований задачи и условий загрузки узла и освобождает ресурсы после завершения задачи. Ресурсы управления могут включать в себя различные типы ресурсов, такие как ЦП, память и хранилище.
5. Планирование задач: Мастер планирует задачи на основе очереди задач и информации о состоянии узла. Он может использовать различные алгоритмы и стратегии планирования, такие как «сначала наименьшее оставшееся время» (SJF), «справедливая доля», балансировка. нагрузку и т. д. для достижения эффективного, справедливого и масштабируемого планирования задач.
6. Устранение неполадок: В распределенной системе может возникнуть сбой узла или сбой сети. Мастеру необходимо отслеживать состояние рабочих узлов и обрабатывать ситуации сбоя. При выходе из строя рабочего узла Мастер может переназначить задачи или перенести задачи на другие доступные узлы.
7. Масштабируемость: архитектура Master/Worker обладает хорошей масштабируемостью, и при необходимости можно добавлять дополнительные рабочие узлы для расширения вычислительной мощности системы. Недавно добавленный рабочий узел зарегистрируется у главного узла и станет частью доступных ресурсов.

Эта архитектура Master/Worker может гибко адаптироваться к распределенным системам разных размеров и потребностей. Он обеспечивает централизованное управление ресурсами и механизм планирования задач, а также выполняет конкретные задачи через рабочие узлы, обеспечивая эффективное использование ресурсов в распределенных системах и параллельное выполнение задач.

центральный планировщик

центральный планировщикда Архитектурный шаблон планирования ресурсов,Все решения по планированию ресурсов контролируются центральным планировщиком. Центральный планировщик отвечает за сбор информации о ресурсах, состоянии задач и состоянии загрузки каждого узла в системе.,И распределяйте задачи и ресурсы в соответствии с заранее заданными стратегиями.

нижедацентральный Некоторые особенности и преимущества планировщика:

1. концентрированныйуправлять：центральный планировщик централизует все ресурсы и задачи в системе управления системой и может отслеживать и контролировать всю систему в глобальном масштабе. Это может лучше максимизировать использование ресурсов, балансировка. нагрузкии Оптимизация производительности и другие цели.
2. Унифицированное принятие решений. Поскольку все решения по планированию ресурсов принимаются центральным планировщиком, можно гарантировать согласованность и координацию решений. Благодаря унифицированному механизму принятия решений можно избежать проблем локальной оптимизации, которые могут существовать на разных узлах, и обеспечить лучшую общую производительность системы.
3. Стратегическая гибкость: централизованная планировщик может определять гибкие стратегии планирования на основе фактических потребностей. Эти стратегии позволяют находить компромиссы и принимать решения на основе таких факторов, как приоритет задачи, использование ресурсов, условия нагрузки и стоимость. Динамически изменяя и настраивая эти политики, вы можете адаптироваться к меняющимся потребностям в различных сценариях.
4. ресурсуправлятьираспространять：центральный планировщик может выполнять детальное распределение ресурсов и управлять ими на основе характеристик и требований к ресурсам. Он может учитывать различные типы ресурсов (такие как ЦП, память, дисковый ввод-вывод, пропускная способность сети и т. д.) и корреляцию между ними, чтобы лучше удовлетворять требования к ресурсам задач.
5. Отказоустойчивость: центральный план может предоставить отказоустойчивый механизм для устранения сбоя узла или сбоя задачи. При выходе узла из строя центральный планировщик может переназначать задачи другим доступным узлам, тем самым обеспечивая доступность и стабильность системы.

Хотя центральный планировщик имеет вышеперечисленные преимущества,Но есть некоторые потенциальные проблемы. Например,Поскольку все решения принимает центральный планировщик,Могут возникнуть отдельные точки сбоя и узкие места в производительности. также,в крупномасштабной системе,Централизованное планирование может столкнуться с такими проблемами, как обработка больших объемов данных и накладные расходы на связь. поэтому,При выборе архитектуры планирования необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как масштаб, характеристики нагрузки и требования к надежности.

двухуровневый планировщик

Двухуровневый планировщик — это архитектурный шаблон планирования ресурсов, который делит планирование ресурсов на два уровня для управления контролем.

Планировщик первого уровня (также называемый глобальным планировщиком или планировщиком кластера) расположен в центральном месте системы и отвечает за распределение общих ресурсов и планирование глобальных задач. Он решает, каким узлам выделить задачи для выполнения, на основе таких факторов, как состояние ресурсов в системе, приоритет задач, балансировка нагрузки и другие факторы. Планировщик первого уровня обычно имеет глобальное представление и способен отслеживать состояние всей системы и принимать соответствующие решения.

Планировщик второго уровня (также называемый локальным планировщиком или планировщиком узла) расположен на каждом узле и отвечает за управление локальными ресурсами и планирование локальных задач. Он определяет, как распределять и выполнять задачи на узле на основе таких факторов, как состояние ресурсов, требования к задачам и локальные политики на узле. Планировщик второго уровня обычно имеет более быстрое реагирование и более детальные возможности управления, а также может выполнять гибкое планирование задач в соответствии с местными условиями.

двухуровневый планировщик делит управление ресурсами и планирование задач на два уровня, что может улучшить масштабируемость и гибкость системы. Глобальный планировщик отвечает за общее планирование ресурсов и совместную работу, обеспечивая координацию между каждым узлом. нагрузки,И распределяйте задачи согласно глобальной политике. Локальный планировщик отвечает за планирование задач локальных ресурсов.,Выполнение задач выполняется на основе местных условий и политик.

двухуровневый Преимущества планировщика включают в себя:

1. Улучшенное использование ресурсов. Глобальный планировщик может выполнять глобальную оптимизацию на основе всей ситуации с ресурсами, чтобы гарантировать полное использование ресурсов и избежать перегрузки некоторых узлов, пока другие узлы простаивают.
2. Повышенная гибкость: локальный планировщик может выполнять гибкое планирование задач на основе фактической ситуации и политик на узле, адаптируясь к характеристикам и потребностям различных узлов.
3. Улучшенная масштабируемость. Разделив планирование задач управления ресурсами на два уровня, можно лучше справляться с ростом системы и поддерживать более масштабные развертывания кластеров.
4. Более быстрый ответ. Локальный планировщик обладает более быстрым откликом, может быстрее принимать решения по планированию задач и снизить нагрузку на глобальный планировщик.

На что следует обратить внимание, двухуровневый планировщик требует эффективной коммуникации и сотрудничества между глобальным и локальным регионом, чтобы обеспечить согласованность и совместную работу всей системы. Кроме того, при проектировании и реализации двухуровневый При выборе планировщика также необходимо учитывать балансировку. нагрузки、Механизм отказоустойчивости、Восстановление Такие проблемы, как。

Общий планировщик состояний

Общий планировщик событий А Архитектурный шаблон планирования ресурсов, который планирует задачи и распределяет ресурсы путем совместного использования информации о состоянии в системе.

существовать Общий планировщик состоянийсередина,Каждый узел в системе разделяет глобальную информацию о состоянии.,Включая использование ресурсов узла, очередь задач, ожидание состояния загрузки. Эта информация о состоянии может периодически обновляться каждым узлом.,И делиться и синхронизировать через какой-то механизм,для поддержания глобальной государственной согласованности.

На основе общей информации о состоянии планировщик может планировать задачи и распределять ресурсы в соответствии с предопределенными политиками и алгоритмами. Он может определять, какие узлы имеют доступные ресурсы, на основе информации о глобальном состоянии, и назначать этим узлам задачи для выполнения. В то же время его также можно динамически регулировать и оптимизировать на основе таких факторов, как условия нагрузки и показатели производительности.

Общий планировщик Аппарат имеет следующие преимущества:

1. Глобальное представление: поскольку все узлы используют одну и ту же глобальную информацию о состоянии, планировщик имеет глобальное представление и может лучше понимать состояние ресурсов и ситуацию загрузки всей системы. Это позволяет принимать более точные и разумные решения по планированию задач.
2. балансировка нагрузка: обмениваясь информацией о состоянии, планировщик может отслеживать загрузку каждого узла в режиме реального времени и назначать задачи слабонагруженным или простаивающим узлам. Это помогает добиться балансировки нагрузки, чтобы не перегружать некоторые узлы, оставляя другие узлы бездействующими.
3. Динамическая регулировка: Общий планировщик Землю можно динамически настраивать и оптимизировать на основе глобальной информации о состоянии. Он может динамически корректировать стратегию распределения задач в соответствии с фактическими потребностями и показателями производительности системы, чтобы повысить производительность и эффективность системы.
4. гибкость：Общий планировщик Время может адаптироваться к различным типам рабочих нагрузок исистемной среды. Благодаря гибкой настройке и настройке частоты обновления, механизма синхронизации и стратегии планирования общей информации о состоянии можно удовлетворить потребности различных сценариев.

Суммируя,Общий планировщик ландшафт выполняет планирование задач и распределение ресурсов путем обмена информацией о глобальном статусе с глобальным видением, балансировкой. нагрузки、Динамическая регулировка и гибкость. Он широко используется в распределенных системах для повышения производительности системы.、Использование ресурсови Масштабируемость。

Практика планирования ресурсов Kubernetes

Kubernetes — это платформа оркестрации контейнеров с открытым исходным кодом, которая предоставляет мощные функции планирования и управления ресурсами. Вот несколько практических методов планирования ресурсов в Kubernetes:

1. Определите требования к ресурсам. При создании модуля Kubernetes вы можете указать кластеру Kubernetes необходимые вычислительные ресурсы, определив требования к ресурсам. Сюда входят такие ресурсы, как процессор и память. Установив соответствующие требования к ресурсам, вы можете помочь Kubernetes принимать разумные решения по планированию.
2. Селектор узлов: Kubernetes поддерживает использование меток и селекторов для группировки узлов и выбора соответствующих узлов для развертывания модулей на основе меток. Добавляя метки к узлам и модулям и используя селекторы для указания, на каких узлах должны работать модули, вы можете реализовать гибкие стратегии планирования на основе меток.
3. Привязка узлов и антипривязка: Kubernetes предоставляет функции привязки и антипривязки узлов, позволяющие указать, на каких узлах под должен работать, а на каких узлах он не должен работать на этом узле. Установив правила сходства, связанные поды можно развернуть в одном и том же наборе узлов, чтобы улучшить локальность данных или избежать ненужного сетевого взаимодействия.
4. Ограничения ресурсов. Помимо определения требований к ресурсам, вы также можете установить ограничения ресурсов для модулей. Ограничения ресурсов определяют максимальный объем вычислительных ресурсов, которые может использовать модуль. Это помогает Kubernetes учитывать использование ресурсов при планировании и предотвращает использование подом слишком большого количества ресурсов, что приводит к регулированию других подов.
5. Стратегия планирования: Kubernetes предоставляет множество стратегий планирования, и вы можете выбрать подходящую стратегию в соответствии с фактическими потребностями. Например, вы можете использовать балансировку планировщик нагрузки (LoadBalancer) для балансировки нагрузки узлов или используйте класс приоритета (PriorityClass) для указания приоритета подов.
6. Автоматическое масштабирование: Kubernetes поддерживает функцию автоматического масштабирования, которая может автоматически регулировать количество модулей в зависимости от использования ресурсов. Настроив горизонтальное автомасштабирование модулей, вы можете автоматически увеличивать или сокращать количество модулей в зависимости от загрузки ЦП или других показателей для удовлетворения потребностей приложения.
7. Расширения планировщика: Kubernetes позволяет пользователям писать собственные расширения планировщика для реализации определенной логики планирования. Написав собственные расширения планировщика, можно обеспечить более гибкое и персонализированное планирование ресурсов на основе характеристик приложения, потребностей бизнеса и других факторов.

Эти практические методы помогут вам добиться эффективного и гибкого планирования ресурсов в Kubernetes. В зависимости от конкретных сценариев и потребностей вы можете выбрать подходящий метод оптимизации использования ресурсов и повышения производительности и надежности системы.

Обзор архитектуры Kubernetes

Kubernetes (часто называемый K8s) — это платформа оркестровки контейнеров с открытым исходным кодом, используемая для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнерными приложениями. Он обеспечивает надежную и масштабируемую архитектуру, которая упрощает развертывание, управление и эксплуатацию контейнерных приложений.

Архитектура Kubernetes состоит из следующих основных компонентов:

1. Мастер-нода: Центр управления кластером MasterУзелKubernetes, отвечающий за управление всем кластером. Он содержит следующие основные компоненты:
   • API Server：API Server снабженный Kubernetes Интерфейс взаимодействия кластера, через который проходят другие компоненты API Server общаться и действовать.
   • Scheduler：Scheduler Отвечает за распределение ресурсов на основе требований к ресурсам и стратегии планирования. Pod Выделите соответствующие узлы для выполнения.
   • Диспетчер контроллеров: Диспетчер контроллеров содержит несколько контроллеров, которые используются для мониторинга состояния кластера и принятия соответствующих корректировок и решений, таких как контроллеры реплик, контроллеры служб и т. д.
   • etcd：etcd распределенная система хранения значений ключей, используемая для хранения информации о конфигурации кластера и информации о состоянии ожидания.
2. Узел: Узел Узел Kubernetes Вычислительные узлы в кластере, на которых фактически выполняется приложение. каждый Node На узлах работают следующие основные компоненты:
   • Kubelet：Kubelet есть в каждом Node Агент, работающий на узле, отвечает за связь с Master Связь узла,иуправлятьна узлеконтейнер。
   • Container Runtime：Container Runtime да отвечает за запуск базового программного обеспечения контейнера, такого как Docker、containerd ждать.
   • kube-proxy：kube-proxy Ответственный за реализацию Kubernetes Сервис Discovery ибалансировка нагрузки Функция。
3. Pod：Pod да Kubernetes Самый маленький диспетчерский пункт в иуправлении. один Pod Может содержать один или несколько тесно связанных контейнеров, которые используют одно и то же сетевое пространство имен и том хранилища. капсула Предоставляет логически независимый и горизонтально масштабируемый метод развертывания приложений.
4. Service：Service да Абстрактный механизм объединения набора объектов с одной меткой Pod Организуйте работу вместе и обеспечьте единый доступ. Услуга Доступно через балансировку нагрузка распределяет запросы на бэкенд Pod для достижения высокой доступности и масштабируемости приложений.

Архитектура Kubernetes поддерживает горизонтальное масштабирование и высокую доступность. Он может автоматически обнаруживать сбои узлов и перепланировать затронутые модули на другие исправные узлы. Kubernetes предоставляет гибкие и мощные возможности оркестрации приложений за счет использования таких механизмов, как теги, селекторы тегов и контроллеры.

Подводя итог, можно сказать, что архитектура Kubernetes предоставляет мощную и гибкую платформу для управления и оркестрации контейнерных приложений. Он упрощает процесс развертывания приложений и управления ими, а также предоставляет такие функции, как высокая доступность, эластичное масштабирование и самовосстановление, что делает контейнерные приложения более надежными и эффективными в производственных средах.

kubectl и API-сервер

kubectl — это инструмент командной строки для Kubernetes, используемый для взаимодействия и управления кластерами Kubernetes. Это один из наиболее часто используемых инструментов разработчиками и системными администраторами для выполнения различных операций через kubectl, таких как создание, удаление, обновление и просмотр ресурсов Kubernetes.

API-сервер — это один из компонентов плоскости управления кластера Kubernetes. Он предоставляет интерфейс для взаимодействия с кластером. kubectl взаимодействует с API-сервером для выполнения различных операций и получения информации о состоянии и ресурсах кластера.

Следующие отношения между dakubectl и API-сервером:

1. Работа в командной строке: kubectl получает команды, введенные пользователями через интерфейс командной строки, и пересылает эти команды на API-сервер для обработки. Пользователи могут использовать kubectl для выполнения различных операций, таких как создание, удаление, обновление и просмотр ресурсов Kubernetes (таких как модули, службы, развертывания и т. д.).
2. Файлы конфигурации: kubectl может использовать файлы конфигурации для указания спецификаций объектов ресурсов, которые необходимо создать или изменить. Файл конфигурации содержит определения и атрибуты ресурсов, такие как зеркало контейнера, ожидание сопоставления портов. Когда пользователь использует kubectl для применения файла конфигурации, он отправляет информацию о конфигурации в API. Сервер и создайте или обновите соответствующие ресурсы в кластере.
3. Информационный запрос. Помимо выполнения операций, kubectl также можно использовать для запроса состояния кластера и получения информации о ресурсах. Пользователи могут использовать команду kubectl для получения подробной информации о различных ресурсах, таких как узлы, модули, сервисы и т. д. Эти запросы будут перенаправлены на API-сервер, и будут возвращены соответствующие результаты.

Подвести итог, kubectlда — это инструмент командной строки, который взаимодействует с кластерами Kubernetes через API. Сервер взаимодействует для выполнения операций, управления ресурсами и запроса состояния кластера. API Являясь одним из компонентов плоскости управления Kubernetes, Сервер предоставляет интерфейс для взаимодействия с кластером, обрабатывает запросы, отправленные kubectl, и возвращает соответствующие результаты.

диспетчер контроллеров, планировщик и kubelet

Диспетчер контроллеров, планировщик и Kubelet — это три основных компонента кластера Kubernetes, каждый из которых отвечает за различные функции и задачи.

1. Controller Менеджер (контролер управляет): Controller Менеджер — это компонент плоскости управления в кластере Kubernetes. Он содержит несколько контроллеров и используется для мониторинга состояния кластера и принятия соответствующих корректировок и решений. Общие контроллеры включают контроллеры репликации (Replication Контроллер, Развертывание Контроллер), Сервисный Контроллер (Сервис Controller）ждать.
   • Контроллер реплики. Контроллер реплики отвечает за обеспечение работы определенного количества копий Pod в кластере и за автоматическое восстановление в случае сбоя или удаления модуля.
   • Контроллер развертывания. Контроллер развертывания используется для процесса развертывания приложения управления и может реализовывать такие функции, как чередование обновлений и откат.
   • Контроллер службы. Контроллер службы отвечает за мониторинг объекта Службы и создание, удаление или обновление связанной балансировки на основе его определения. правила нагрузки.

   Контроллер-менеджер взаимодействует с API-сервером, отслеживает изменения объектов ресурсов в кластере и предпринимает соответствующие действия для поддержания желаемого состояния. Это гарантирует, что отдельные объекты ресурсов в кластере управляются и настраиваются в соответствии с заданными пользователем спецификациями.

2. Планировщик: Планировщик — это еще один компонент плоскости управления в кластере Kubernetes, отвечающий за планирование подов для соответствующих узлов для выполнения. Планировщик выбирает оптимальный узел для запуска модуля на основе требований к ресурсам модуля, стратегии планирования и доступных ресурсов узла. Планировщик через API Сервер взаимодействует для получения информации о ресурсах каждого узла в кластере и принимает решения на основе ряда алгоритмов и стратегий планирования. Он учитывает такие факторы, как загрузка узла, сходство, антисходство, правила сходства и т. д., чтобы гарантировать правильное распределение модулей в кластере.
3. Kubelet (агент рабочего узла): Kubeletda — это агент, который запускается на каждом рабочем узле и отвечает за контейнер Pod на этом узле. Это связано с API на главном узле. Сервер обменивается данными и получает данные от API Инструкции сервера. Kubelet отслеживает состояние модулей, работающих на этом узле, и гарантирует, что они работают должным образом. Он будет периодически загружаться из API. Сервер получает информацию о Pod, назначенную узлу, и запускает, останавливает или перезапускает для поддержания желаемого состояния. Kubelet также отвечает за мониторинг состояния работоспособности контейнера, сбор журналов и другие задачи.

Эти три компонента работают вместе для реализации ключевых функций, таких как управление ресурсами, планирование и управление контейнерами в кластере Kubernetes. Диспетчер контроллеров отвечает за мониторинг и управление различными объектами ресурсов в кластере, Планировщик отвечает за планирование подов на соответствующих узлах, а Kubelet отвечает за управление контейнерами и подами на узлах. Вместе они образуют основную архитектуру кластера Kubernetes.

Сервис и кубелет

Сервис и Kubelet — два основных компонента кластера Kubernetes. Они отвечают за обнаружение сервисов и управление контейнерами соответственно.

1. Услуга: Сервисда Абстрактная концепция в Kubernetes,Используется для организации группы модулей с одинаковым ярлыком.,и Обеспечить единообразиеиздоступ к входу。ServiceДоступно через балансировку нагрузка распределяет запросы на Поддля бэкенда достижения высокой доступности и масштабируемости приложений.
   • Обнаружение службы. Служба действует как стабильная конечная точка сети, которая предоставляет виртуальный IP-адрес и порт для внутреннего модуля. Другие приложения могут получить доступ к внутреннему поду через службу, не заботясь о конкретном IP-адресе и номере порта пода. Это упрощает связь между приложениями и обеспечивает динамическое масштабирование и замену серверных модулей.
   • балансировка нагрузки：ServiceДоступно через балансировку Алгоритм нагрузки распределяет запросы по нескольким внутренним модулям для достижения сбалансированного распределения запросов. Когда под выходит из строя или его необходимо расширить, Сервис автоматически настроит балансировку. стратегию нагрузки и перенаправить запрос на работоспособные поды.
2. Кубелет (агент узла): Kubelet да — это агент, который запускается на каждом узле и отвечает за запуск контейнера на узле управления. Он взаимодействует с Мастер-узлом и выполняет следующие основные задачи:
   • Подуправлять: Kubelet отвечает за мониторинг состояния Pod на узле и создание, запуск, остановку и удаление Pod на узле согласно инструкциям планировщика. Он будет регулярно синхронизироваться с главным узлом, чтобы гарантировать, что модуль, работающий на узле, соответствует состоянию кластера.
   • Жизненный цикл контейнера управляет: Kubelet отслеживает рабочее состояние контейнера, включая создание, запуск и остановку контейнера. Ожидание перезапуска выделяет контейнеру соответствующие ресурсы на основе требований к ресурсам и ограничений, определенных контейнером, и гарантирует, что контейнер работает должным образом.
   • Мониторинг ресурсов и отчетность: Kubelet регулярно собирает данные об использовании ресурсов на узлах и передает эту информацию главному узлу. Таким образом, главный узел может планировать и принимать решения на основе фактических условий ресурсов для достижения оптимизации ресурсов. нагрузки。

Подвести итог Давайте поговорим,ServiceОтветственный Сервис Discovery ибалансировка нагрузки,Организовать набор капсула с той же маркировкой вместе,И обеспечить единый подъезд. И агент Кубелетда на каждом узле,Отвечает за контейнер, работающий на узле управления.,Выполнение таких задач, как подуправка и управление жизненным циклом контейнера, мониторинг ресурсов. они работают вместе,Обеспечивает эффективную работу и масштабирование приложений в кластерах Kubernetes.

Подвести итог

Управление распределенными ресурсами и Планирование относится к эффективному управлению в распределенной системе для достижения эффективного выполнения задач и использования ресурсов. В области вычислений, особенно в сфере облачных вычислений иконтейнер оркестрации, Управление распределенными ресурсами и планированиеда очень важно.

нижедаверно Управление распределенными ресурсами и планированиеиз Подвести итог：

1. ресурсуправлять：
   • Абстракция ресурсов: объединение физических ресурсов (например, серверов)、хранилище、Сеть и т. д.）от абстрактного к логическомуизресурсединица,Например, виртуальную машину, контейнерждать через абстракцию ресурсов.,Базовые физические ресурсы могут быть унифицированы,И предоставляется приложениям верхнего уровня.
   • Обнаружение и регистрация ресурсов: централизованно или распределенно.,Откройте для себя и зарегистрируйтесь для получения доступных ресурсов,И поддерживать информацию о состоянии ресурсов. Это позволяет системе динамически определять доступные ресурсы.,И разумно распределить и использовать.
   • Стратегия планирования ресурсов: на основе требований задачи、ограниченность ресурсов、Показатели эффективности и другие факторы сформулированы соответствующим образом.из Планирование Стратегия。общийиз Стратегиявключатьбалансировка нагрузка, приоритетное планирование, ожидание восстановления после сбоя.
2. Задача Планирование：
   • Описание и планирование задач. Преобразуйте отправленные пользователем описания задач в исполняемые планы задач. Это включает в себя определение типов ресурсов, необходимых для выполнения задачи.、Количество и зависимости ожидания.
   • Алгоритм планирования и принятия решений: на основе требований задачи и доступности ресурсов.,Выберите подходящийиз Планированиеалгоритмистратегия принятия решения。общийиз Планированиеалгоритмвключатьлучше всего подходит、Худшая адаптация、Первый пришел, первый обслужен.
   • Миграция задач и балансировка нагрузка: Миграция задач в зависимости от ситуации с нагрузкой ибалансировка нагрузка. Это позволяет разумно распределять ресурсы в системе и избегать перегрузки или простоя ресурсов.
3. Эластичное масштабирование：
   • Автоматическое расширение и сжатие：в соответствии ссистемасостояние нагрузкии Правила по умолчанию,Автоматически масштабируйте узлы или экземпляры вверх и вниз. Это обеспечивает динамическое масштабирование ресурсов в зависимости от спроса.,Повысьте эластичность и масштабируемость системы.
   • Восстановлениеи отказоустойчивость：существовать Сбой узла иликонтейнер Когда возникает неисправность,Способен автоматически выполнять восстановление после сбоев и обработку отказоустойчивости. Сюда входят такие операции, как перепланирование задач, перенос данных и т. д.,Обеспечить надежность и стабильность системы.
4. Мониторинг и оптимизация：
   • Мониторинг и измерение ресурсов: мониторинг ресурсов в распределенной системе в реальном времени.,и собирать соответствующие данные по показателям. Это может помочь понять состояние системы, выявить узкие места.,И обеспечить основу для последующей оптимизации.
   • Автоматизированная оптимизация: на основе данных мониторинга и показателей эффективности,Автоматически выполнять оптимизацию и настройку системы. Это может включать оптимизацию распределения ресурсов, оптимизацию планирования задач и т. д.,Повысить производительность и эффективность системы.

Целью Управления распределенными задачами и планированием является достижение эффективного использования ресурсов, быстрого реагирования на задачи, а также стабильности и надежности. Посредством рационального проектирования и реализации стратегии управления ресурсами.,Может улучшить производительность, масштабируемость и эластичность системы.,И удовлетворить потребности различных сценариев применения.