kubernetes中怎么利用map/reduce模式實現(xiàn)優(yōu)選計算

1. 設(shè)計基礎(chǔ)

在進(jìn)行優(yōu)選的時候，除了最后一次計算，在進(jìn)行針對單個算法的計算的時候，會分為兩個階段：單點和聚合

在單點階段，會根據(jù)當(dāng)前算法針對單個node計算在聚合階段，則會根據(jù)當(dāng)前單點階段計算完成后，來進(jìn)行聚合

單點和聚合兩階段在計算的時候，都是并行的，但是對象則不同，其中單點階段并行是針對單個node的計算，而聚合階段則是針對算法級別的計算，通過這種設(shè)計分離計算，從而避免多goroutine之間數(shù)據(jù)競爭，無鎖加速優(yōu)選的計算

而map與reduce則是針對一個上面并行的兩種具體實現(xiàn)，其中map中負(fù)責(zé)單node打分，而reduce則是針對map階段的打分進(jìn)行聚合后，根據(jù)匯總的結(jié)果進(jìn)行二次打分計算

map/reduce階段都是通過算法計算，如果我們要進(jìn)行自定義的調(diào)整，針對單個算法，我們可以調(diào)整其在預(yù)選流程中的權(quán)重，從而進(jìn)行定制自己的預(yù)選流程 

當(dāng)進(jìn)行優(yōu)先級判斷的時候，肯定會出現(xiàn)多個node優(yōu)先級相同的情況，在優(yōu)選節(jié)點的時候，會進(jìn)行隨機(jī)計算，從而決定是否用當(dāng)前優(yōu)先級相同的node替換之前的最合適的node

2. 源碼分析 

優(yōu)選的核心流程主要是在PrioritizeNodes中，這里只介紹其關(guān)鍵的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

無鎖計算結(jié)果的保存主要是通過下面的二維數(shù)組實現(xiàn)， 如果要存儲一個算法針對某個node的結(jié)果，其實只需要通過兩個索引即可：算法索引和節(jié)點索引，同理如果我把針對單個node的索引分配給一個goroutine，則其去其他的goroutine則就可以并行計算

// 在計算的時候，會傳入nodes []*v1.Node的數(shù)組，存儲所有的節(jié)點，節(jié)點索引主要是指的該部分
results := make([]schedulerapi.HostPriorityList, len(priorityConfigs), len(priorityConfigs))

之前在預(yù)選階段介紹過ParallelizeUntil函數(shù)的實現(xiàn)，其根據(jù)傳入的數(shù)量來生成計算索引，放入chan中，后續(xù)多個goroutine從chan中取出數(shù)據(jù)直接進(jìn)行計算即可

workqueue.ParallelizeUntil(context.TODO(), 16, len(nodes), func(index int) {
        // 根據(jù)節(jié)點和配置的算法進(jìn)行計算
        nodeInfo := nodeNameToInfo[nodes[index].Name]
            // 獲取算法的索引
        for i := range priorityConfigs {
            if priorityConfigs[i].Function != nil {
                continue
            }

            var err error
                
                // 通過節(jié)點索引，來進(jìn)行針對單個node的計算結(jié)果的保存
            results[i][index], err = priorityConfigs[i].Map(pod, meta, nodeInfo)
            if err != nil {
                appendError(err)
                results[i][index].Host = nodes[index].Name
            }
        }
    })

基于算法的并行，則是為每個算法的計算都啟動一個goroutine,每個goroutine通過算法索引來進(jìn)行該算法的所有map階段的結(jié)果的讀取，并進(jìn)行計算，后續(xù)結(jié)果仍然存儲在對應(yīng)的位置

// 計算策略的分值
    for i := range priorityConfigs {
        if priorityConfigs[i].Reduce == nil {
            continue
        }
        wg.Add(1)
        go func(index int) {
            defer wg.Done()
            if err := priorityConfigs[index].Reduce(pod, meta, nodeNameToInfo, results[index]); err != nil {
                appendError(err)
            }
            if klog.V(10) {
                for _, hostPriority := range results[index] {
                    klog.Infof("%v -> %v: %v, Score: (%d)", util.GetPodFullName(pod), hostPriority.Host, priorityConfigs[index].Name, hostPriority.Score)
                }
            }
        }(i)
    }
    // Wait for all computations to be finished.
    wg.Wait()

根據(jù)之前的map/reduce階段，接下來就是將針對所有node的所有算法計算結(jié)果進(jìn)行累加即可

// Summarize all scores.
    result := make(schedulerapi.HostPriorityList, 0, len(nodes))

    for i := range nodes {
        result = append(result, schedulerapi.HostPriority{Host: nodes[i].Name, Score: 0})
        // 便利所有的算法配置
        for j := range priorityConfigs {
            result[i].Score += results[j][i].Score * priorityConfigs[j].Weight
        }

        for j := range scoresMap {
            result[i].Score += scoresMap[j][i].Score
        }
    }

這里的隨機(jī)篩選是指的當(dāng)多個host優(yōu)先級相同的時候，會有一定的概率用當(dāng)前的node替換之前的優(yōu)先級相等的node(到目前為止的優(yōu)先級最高的node), 其主要通過cntOfMaxScore和rand.Intn(cntOfMaxScore)來進(jìn)行實現(xiàn)

func (g *genericScheduler) selectHost(priorityList schedulerapi.HostPriorityList) (string, error) {
    if len(priorityList) == 0 {
        return "", fmt.Errorf("empty priorityList")
    }
    maxScore := priorityList[0].Score
    selected := priorityList[0].Host
    cntOfMaxScore := 1
    for _, hp := range priorityList[1:] {
        if hp.Score > maxScore {
            maxScore = hp.Score
            selected = hp.Host
            cntOfMaxScore = 1
        } else if hp.Score == maxScore {
            cntOfMaxScore++
            if rand.Intn(cntOfMaxScore) == 0 {
                // Replace the candidate with probability of 1/cntOfMaxScore
                selected = hp.Host
            }
        }
    }
    return selected, nil
}