State-of-the-art cloud-native applications require intelligent schedulers that can effectively balance system stability, resource utilisation, and associated costs. While Kubernetes provides feasibility-based placement by default, recent research efforts have explored the use of reinforcement learning (RL) for more intelligent scheduling decisions. However, current RL-based schedulers have three major limitations. First, most of these schedulers use monolithic centralised agents, which are non-scalable for large heterogeneous clusters. Second, the ones that use multi-objective reward functions assume simple, static, linear combinations of the objectives. Third, no previous work has produced a stress-aware scheduler that can react adaptively to dynamic conditions. To address these gaps in current research, we propose the Adaptive Graph-enhanced Multi-Agent Reinforcement Learning Dynamic Kubernetes Scheduler (AGMARL-DKS). AGMARL-DKS addresses these gaps by introducing three major innovations. First, we construct a scalable solution by treating the scheduling challenge as a cooperative multi-agent problem, where every cluster node operates as an agent, employing centralised training methods before decentralised execution. Second, to be context-aware and yet decentralised, we use a Graph Neural Network (GNN) to build a state representation of the global cluster context at each agent. This represents an improvement over methods that rely solely on local observations. Finally, to make trade-offs between these objectives, we use a stress-aware lexicographical ordering policy instead of a simple, static linear weighting of these objectives. The evaluations in Google Kubernetes Engine (GKE) reveal that AGMARL-DKS significantly outperforms the default scheduler in terms of fault tolerance, utilisation, and cost, especially in scheduling batch and mission-critical workloads.


翻译:最先进的云原生应用需要能够有效平衡系统稳定性、资源利用率和相关成本的智能调度器。虽然Kubernetes默认提供基于可行性(feasibility)的放置策略,但近期研究已探索使用强化学习(RL)实现更智能的调度决策。然而,现有基于RL的调度器存在三大主要局限:第一,多数此类调度器采用单体化集中式智能体,难以扩展至大规模异构集群;第二,采用多目标奖励函数的调度器假设目标间为简单、静态的线性组合关系;第三,尚无研究提出能够自适应动态条件、具有压力感知(stress-aware)能力的调度器。为弥补这些研究空白,我们提出自适应图增强多智能体强化学习动态Kubernetes调度器(AGMARL-DKS)。AGMARL-DKS通过三项主要创新解决了上述问题:首先,我们将调度挑战建模为协作式多智能体问题,使每个集群节点充当独立智能体,并采用集中式训练后分散式执行的框架,从而构建可扩展解决方案;其次,为实现上下文感知(context-aware)且保持分散式特性,我们在每个智能体处采用图神经网络(GNN)构建全局集群上下文的状态表征,这优于仅依赖局部观测的方法;最后,为平衡多个优化目标,我们采用基于压力感知的字典序排序策略(lexicographical ordering policy),而非简单的静态目标线性加权。在Google Kubernetes Engine(GKE)上的评估表明,AGMARL-DKS在容错性、资源利用率和成本方面显著优于默认调度器,尤其在批处理与关键任务负载的调度场景中表现突出。

0
下载
关闭预览

相关内容

《改进单智能体和多智能体深度强化学习方法》219页
专知会员服务
63+阅读 · 2025年2月14日
自动驾驶中的多智能体强化学习综述
专知会员服务
47+阅读 · 2024年8月20日
《用于水下目标定位的平台便携式强化学习方法》
专知会员服务
28+阅读 · 2024年1月2日
《网络战仿真中的多智能体强化学习》最新42页报告
专知会员服务
47+阅读 · 2023年7月11日
基于通信的多智能体强化学习进展综述
专知会员服务
112+阅读 · 2022年11月12日
「基于通信的多智能体强化学习」 进展综述
【MIT博士论文】数据高效强化学习,176页pdf
【综述】多智能体强化学习算法理论研究
深度强化学习实验室
16+阅读 · 2020年9月9日
多智能体强化学习(MARL)近年研究概览
PaperWeekly
38+阅读 · 2020年3月15日
PlaNet 简介:用于强化学习的深度规划网络
谷歌开发者
13+阅读 · 2019年3月16日
【强化学习】强化学习+深度学习=人工智能
产业智能官
55+阅读 · 2017年8月11日
国家自然科学基金
43+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
40+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关基金
国家自然科学基金
43+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
40+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员