Kubernetes Kueue项目中的拓扑感知调度预抢占问题分析

问题背景

在Kubernetes Kueue项目中，测试人员发现了一个与拓扑感知调度(Topology Aware Scheduling, TAS)相关的间歇性测试失败问题。该问题出现在预抢占(preemption)功能测试场景中，具体表现为高优先级工作负载无法按预期抢占低优先级工作负载的资源。

问题现象

测试场景设计为当集群队列(ClusterQueue)启用预抢占功能时，高优先级工作负载应该能够抢占低优先级和中优先级工作负载的资源。然而在实际测试中，系统未能按预期完成抢占操作，导致测试超时失败。

从日志分析可以看到以下异常现象：

1. 工作负载wl1在被成功接纳(admitted)后，在后续调度周期中神秘消失
2. 系统尝试预抢占wl1时报告"workload not found"错误
3. 工作负载的命名空间信息出现异常变化，似乎与之前测试用例的信息发生了混淆

技术分析

经过深入调查，开发团队发现了几个潜在的技术问题点：

1. 跨测试用例干扰：测试用例之间可能存在资源共享问题，特别是当使用指针共享本地队列(local queue)和集群队列(cluster queue)时，可能导致测试间的意外干扰。

2. 队列管理器延迟处理：队列管理器(Queue Manager)中的延迟处理逻辑可能导致问题。具体来说，当工作负载被添加到队列时，如果集群队列已不存在，系统仍会尝试执行添加操作，这可能引发意外行为。

3. 上下文取消问题：在测试结束时，虽然上下文(context)已被取消，但队列管理器中启动的goroutine可能仍在运行，导致对已删除资源的操作。

解决方案探讨

针对上述分析，团队提出了几种可能的解决方案方向：

1. 改进测试隔离：确保每个测试用例使用完全独立的资源，避免指针共享导致的交叉污染。

2. 增强队列管理器健壮性：

   • 在处理延迟添加操作时，增加对集群队列存在性的检查
   • 确保所有goroutine都能正确响应上下文取消信号

3. 完善日志记录：增加更详细的调试日志，特别是在关键操作点(如工作负载删除、预抢占决策等)记录完整状态信息，便于问题诊断。

问题复现与验证

由于该问题难以在本地环境中稳定复现，团队采取了以下验证策略：

1. 在CI环境中监控失败模式
2. 分析大量测试运行日志寻找共同模式
3. 通过增加测试超时时间和添加诊断日志来收集更多信息

经验总结

这个案例提供了几个有价值的经验教训：

1. 测试设计的严谨性：在编写集成测试时，需要特别注意资源隔离问题，特别是当测试用例共享相似配置时。

2. 异步操作的风险：任何后台goroutine或延迟操作都需要仔细处理上下文取消和资源生命周期管理。

3. 日志记录的重要性：完善的日志系统是诊断间歇性问题的关键，特别是在分布式系统中。

4. 防御性编程：关键路径上的操作应该增加前置条件检查，如资源存在性验证等。

这个问题展示了在复杂调度系统中实现预抢占功能时可能遇到的挑战，特别是在涉及拓扑感知和多优先级工作负载的场景下。通过持续的分析和改进，团队正在逐步提高系统的稳定性和可靠性。