Kubernetesスケジューラとは？仕組みと2つの設定ポリシーを解説

Kubernetesスケジューラは、オープンソースのコンテナオーケストレーションプラットフォーム「Kubernetes」を構成する中核コンポーネントの一つです。ポリシーとトポロジー認識（topology awareness）に基づいて動作し、システムのパフォーマンス、キャパシティ、可用性を制御する役割を担います。

スケジューラはKubernetesのモノリシックなコンポーネントであり、クラスタを管理するAPIサーバからは分離（デカップリング）された設計になっています。なお、Kubernetes APIへのリクエストを横取りするプラグインコードである「アドミッションコントローラ」とは異なる存在なので、混同しないよう注意が必要です。仮想化環境の管理者にとっては、VMwareのDistributed Resource Scheduler（DRS）のようなVMスケジューリングのコンテナ版と捉えると理解しやすいでしょう。

Kubernetesでは、コンテナは「Pod」と呼ばれる単位にまとめられ、「Node」と呼ばれる論理的なリソースグループ上に配置されます。ワークロード固有の要件はAPI経由で設定され、Kubernetesスケジューラは、作成された各Podに対して、Node上の適切なITリソースとのマッチングを試みます。また、高可用性（HA）が求められる場合には、Podのレプリカを複数のNodeに分散配置させることも可能です。

アフィニティ／アンチアフィニティルールやQoS（Quality of Service）設定など、Podの要件や仕様に合致するハードウェアが見つからない場合、そのPodはスケジュール未決定の状態で保留されます。スケジューラは適切なマシンが利用可能になるまで再試行を繰り返します。

設定ポリシー

Kubernetesスケジューラは、主に2つのポリシー「FitPredicate」と「PriorityFunction」によって設定できます。さらに、Nodeをランダムに選択する方式もサポートされており、これは最小限の計算オーバーヘッドでコンテナをリソースに割り当てる手法です。

FitPredicate

FitPredicateは、必須のルールに従ってフィルタリングを行うポリシーです。Kubernetes Nodeに付与されたラベルの検出や、特定のマシン上で稼働中のコンテナが要求しているリソース量の把握などを通じて、新しいコンテナがハードウェアリソースの容量を超過しないかどうかを判定します。ユーザーがリソース要求をゼロに設定した場合、スケジューラは常にそのNodeへ新たなPodを追加できると判断します。

PriorityFunction

PriorityFunctionは、スケジューラが複数の候補ノードの中から最適なものを選ぶ段階で適用されるポリシーです。Podを配置できる候補が複数見つかった場合、どのマシンが最も適合度が高いかをランキング形式で評価します。例えば、3つのNodeが新しいPodの要件を満たしていたとしても、そのうち1つが他より多くの空きリソースを持っていれば、そのNodeが最良の選択肢として優先されます。

Kubernetes環境において、これら2つのポリシーは複数マシン間でのコンテナワークロードの負荷分散を実現します。特定のマシンだけに高負荷が集中し、他のマシンが遊休状態になるといった非効率を防ぎ、クラスタ全体のリソース利用率を最適化するのです。