클러스터 리소스 관리자

클러스터 리소스 관리자의 핵심 기능 중 하나는 리소스 스케줄링이다. 이는 클러스터 내의 컴퓨팅 자원을 효율적으로 분배하고, 제출된 작업이나 서비스가 필요한 자원을 적절히 할당받아 실행될 수 있도록 조정하는 과정을 의미한다. 주로 고성능 컴퓨팅 환경의 배치 작업 스케줄링이나 클라우드 컴퓨팅 환경의 컨테이너 오케스트레이션에서 중요한 역할을 한다.

리소스 스케줄링의 주요 목표는 자원 활용률을 극대화하고, 작업의 응답 시간을 최소화하며, 공정성과 우선순위를 보장하는 것이다. 이를 위해 스케줄러는 CPU 코어 수, 메모리 용량, GPU 가용성, 네트워크 대역폭 등 다양한 자원의 현재 상태와 요구 사항을 실시간으로 모니터링한다. 대표적인 스케줄링 정책으로는 자원을 최대한 채워 사용하는 Bin Packing 방식과 작업을 여러 노드에 분산시키는 Spread 방식 등이 있다.

이러한 스케줄링은 데이터센터 운영의 효율성에 직접적인 영향을 미친다. 예를 들어, Kubernetes의 스케줄러는 파드를 적합한 노드에 배치하며, Apache Hadoop YARN은 맵리듀스 작업에 자원을 할당한다. 전통적인 HPC 스케줄러인 Slurm도 복잡한 작업 큐와 자원 할당을 관리한다. 스케줄링의 성능은 전체 클러스터의 처리량과 비용 절감을 결정하는 핵심 요소이다.

클러스터 리소스 관리자의 핵심 기능 중 하나는 워크로드 배치이다. 이는 사용자가 제출한 애플리케이션이나 컨테이너 형태의 작업을 클러스터 내 특정 컴퓨팅 노드에 할당하는 과정을 의미한다. 관리자는 워크로드의 자원 요구사항(예: CPU, 메모리, GPU 사용량)과 노드의 가용 자원, 그리고 설정된 정책을 종합적으로 고려하여 최적의 배치 위치를 결정한다. 이 과정을 통해 클러스터 전체의 자원 활용도를 극대화하고, 개별 작업의 성능 요구사항을 충족시킨다.

워크로드 배치 정책은 다양한 목표에 따라 설계된다. 대표적으로는 자원의 조각화를 최소화하여 더 많은 작업을 수용할 수 있도록 하는 Bin Packing 알고리즘, 반대로 작업을 가능한 한 여러 노드에 분산시켜 단일 노드 장애의 영향을 줄이는 Spread 알고리즘, 그리고 긴급한 작업이나 높은 등급의 서비스에 우선적으로 자원을 할당하는 우선순위 기반 스케줄링 등이 있다. 쿠버네티스와 같은 현대적인 오케스트레이션 플랫폼은 이러한 알고리즘에 더해 노드 선호도와 테인트와 같은 고급 기능을 제공하여 보다 세밀한 배치 제어를 가능하게 한다.

효율적인 워크로드 배치는 클라우드 컴퓨팅 환경과 데이터센터 운영의 기반이 된다. 이를 통해 수천 대의 서버로 구성된 대규모 인프라에서도 마이크로서비스 아키텍처 기반의 복잡한 애플리케이션을 안정적으로 실행하고, 시스템 부하를 고르게 분산시켜 서비스의 가용성과 응답 속도를 보장할 수 있다. 또한, 배치 결정은 에너지 효율성 최적화나 특정 보안 요구사항을 충족하는 데에도 중요한 역할을 한다.

클러스터 리소스 관리자의 자동 복구 기능은 클러스터의 고가용성과 신뢰성을 보장하는 핵심 요소이다. 이 기능은 시스템 내에서 발생하는 다양한 장애를 감지하고, 사전에 정의된 정책에 따라 자동으로 조치를 취하여 서비스 중단 시간을 최소화한다. 장애는 애플리케이션 프로세스의 비정상 종료, 컨테이너의 이상 상태, 노드의 하드웨어 고장 또는 네트워크 연결 끊김 등 다양한 형태로 발생할 수 있다.

자동 복구의 주요 동작 방식은 상태 모니터링, 장애 감지, 복구 실행의 순환 구조를 따른다. 관리자는 노드와 그 위에서 실행 중인 워크로드의 상태를 지속적으로 모니터링한다. 헬스 체크를 통해 애플리케이션이 정상적으로 응답하는지 확인하거나, 하트비트 신호를 통해 노드의 생존 여부를 판단한다. 정해진 시간 내에 응답이 없거나 상태가 비정상으로 판단되면 시스템은 해당 구성 요소에 장애가 발생한 것으로 간주한다.

장애가 감지되면 클러스터 리소스 관리자는 사전 설정된 복구 정책에 따라 자동으로 조치를 시작한다. 가장 일반적인 복구 작업은 실패한 워크로드를 동일 노드 또는 다른 정상 노드에서 재시작하는 것이다. 또한, 문제가 있는 노드를 스케줄링 대상에서 제외시키는 코드네이션 작업을 수행하거나, 레플리카셋을 관리하는 시스템의 경우 정의된 복제본 수를 유지하기 위해 새로운 인스턴스를 생성하기도 한다. 이러한 자동화된 복구 메커니즘은 시스템 관리자의 수동 개입 없이도 서비스의 연속성을 유지할 수 있게 하여, 대규모 데이터센터와 클라우드 컴퓨팅 환경에서 필수적인 기능으로 자리 잡았다.

클러스터 리소스 관리자의 확장성 관리 기능은 클러스터의 규모가 확장되거나 축소될 때 이를 효율적으로 처리하여 시스템의 안정성과 자원 활용도를 유지하는 역할을 담당한다. 이는 클라우드 컴퓨팅 환경이나 대규모 데이터센터 운영에서 특히 중요한 기능으로, 사용자의 요구나 워크로드의 변동에 따라 클러스터의 용량을 탄력적으로 조절할 수 있게 한다.

확장성 관리는 주로 수평적 확장, 즉 노드의 추가 또는 제거를 통해 이루어진다. 관리자는 클러스터에 새로운 물리적 또는 가상의 에이전트 노드를 추가하여 전체적인 계산 능력과 저장 공간을 늘릴 수 있다. 반대로, 부하가 감소하면 불필요한 노드를 안전하게 클러스터에서 분리하여 운영 비용을 절감한다. 이러한 과정은 자동화되어 있어, 사전에 정의된 규칙에 따라 시스템이 자동으로 확장 또는 축소 결정을 내리기도 한다.

이 기능의 핵심은 확장 작업이 진행되는 동안에도 기존에 실행 중인 애플리케이션의 서비스 중단을 최소화하는 것이다. Kubernetes와 같은 현대적인 클러스터 리소스 관리자는 롤링 업데이트 방식을 지원하여, 새 노드를 추가하거나 오래된 노드를 교체할 때 워크로드를 점진적으로 마이그레이션한다. 이를 통해 고가용성을 유지하면서 클러스터의 규모를 조정할 수 있다. 결과적으로, 확장성 관리는 변화하는 비즈니스 요구에 빠르게 대응하고 인프라 비용을 최적화하는 데 필수적인 요소이다.

마스터 노드는 클러스터 리소스 관리자의 핵심 제어 컴포넌트로, 전체 컴퓨터 클러스터의 상태를 관리하고 모든 워크로드의 배치 및 스케줄링을 담당하는 중앙 관리자 역할을 한다. 이 노드는 클러스터 내 모든 자원의 인벤토리를 유지하며, 사용자나 애플리케이션으로부터의 작업 요청을 받아 적절한 에이전트 노드에 할당하는 결정을 내린다. Kubernetes에서는 컨트롤 플레인, Apache Hadoop YARN에서는 리소스매니저가 이에 해당하는 대표적인 구현체이다.

마스터 노드의 주요 기능은 리소스 스케줄링, 클러스터 상태 모니터링, 시스템 구성 관리, 그리고 에이전트 노드 간의 조정이다. 이를 위해 마스터 노드는 API 서버를 통해 외부와 통신하고, 내부적으로는 스케줄링 알고리즘을 실행하여 CPU, 메모리, 스토리지 등의 자원을 효율적으로 분배한다. 또한, 에이전트 노드의 장애를 감지하고 해당 노드에서 실행 중이던 작업을 다른 정상 노드로 재배치하는 자동 복구 기능도 수행한다.

고가용성을 보장하기 위해 마스터 노드는 단일 장애점이 되지 않도록 설계되는 경우가 많다. 이는 리더 선출 메커니즘을 사용한 액티브-스탠바이 구성이나 다수의 마스터 노드가 합의 알고리즘을 통해 상태를 공유하는 멀티 마스터 구성으로 구현된다. 이러한 설계는 데이터센터 운영이나 클라우드 컴퓨팅 환경에서 시스템의 지속적인 가용성을 유지하는 데 필수적이다.

에이전트 노드는 컴퓨터 클러스터 내에서 실제 컴퓨팅 작업을 실행하고 물리적 또는 가상 자원을 제공하는 개별 서버 또는 노드이다. 이 노드들은 클러스터 리소스 관리자의 중앙 제어를 받으며, 마스터 노드로부터 할당받은 작업을 수행하고 자신의 자원 상태를 지속적으로 보고한다. 각 에이전트 노드는 일반적으로 CPU, 메모리, 스토리지, 네트워크 대역폭과 같은 자원을 가지고 있으며, 이러한 자원을 컨테이너나 프로세스 형태의 워크로드에 할당한다.

에이전트 노드의 핵심 역할은 할당된 작업을 안정적으로 실행하고 그 상태를 모니터링하는 것이다. 이를 위해 노드 위에는 에이전트 또는 데몬이라고 불리는 소프트웨어 구성 요소가 상주한다. 이 에이전트는 마스터 노드와 통신하여 새로운 작업 지시를 받고, 작업의 시작, 중지, 모니터링을 담당하며, 노드의 실시간 자원 사용량과 건강 상태 정보를 마스터에게 피드백한다. Kubernetes에서는 이 역할을 kubelet 컴포넌트가 수행하며, Apache Mesos에서는 Mesos Agent가 담당한다.

클러스터의 규모와 목적에 따라 에이전트 노드는 동종 또는 이종의 하드웨어로 구성될 수 있다. 고성능 컴퓨팅 클러스터에서는 동일한 사양의 노드들이 많이 사용되는 반면, 클라우드 컴퓨팅 환경에서는 다양한 사양의 가상 머신이 에이전트 노드 역할을 한다. 노드에 장애가 발생하면, 클러스터 리소스 관리자는 해당 노드에서 실행 중이던 작업을 다른 정상적인 에이전트 노드로 재배치하여 시스템의 전체적인 가용성을 유지한다.

API 서버는 클러스터 리소스 관리자의 핵심 구성 요소 중 하나로, 외부 클라이언트와 시스템 내부 컴포넌트가 클러스터와 상호작용할 수 있는 통일된 인터페이스를 제공한다. 사용자나 다른 애플리케이션은 API 서버를 통해 작업을 제출하고, 클러스터 상태를 조회하며, 관리 명령을 내릴 수 있다. 이는 명령줄 인터페이스나 그래픽 사용자 인터페이스와 같은 모든 외부 도구가 내부적으로 의존하는 중앙 게이트웨이 역할을 한다.

API 서버의 주요 기능은 인증과 권한 부여, 요청의 유효성 검사, 그리고 상태 정보의 일관된 제공이다. 모든 요청은 먼저 API 서버를 거치며, 서버는 사용자 신원을 확인하고 해당 작업을 수행할 권한이 있는지 검증한다. 또한, 제출된 작업의 스펙이나 설정이 시스템 규칙에 맞는지 검사한 후, 적절한 내부 컴포넌트(예: 스케줄러)로 요청을 전달한다. 쿠버네티스의 kube-apiserver가 대표적인 예시이다.

이러한 설계는 선언적 API를 구현하는 데 기여한다. 사용자는 원하는 시스템의 최종 상태(예: 5개의 애플리케이션 복제본 실행)를 API 서버에 선언적으로 제시하기만 하면, API 서버와 다른 컨트롤러가 현재 상태를 지속적으로 관찰하며 선언된 상태로 수렴시키기 위해 노력한다. 이는 명령형 접근 방식에 비해 시스템의 자동화와 복원력을 크게 향상시킨다.

또한, API 서버는 클러스터의 모든 리소스 객체(예: 파드, 노드, 서비스)에 대한 진실의 원천이 된다. 이러한 객체들의 현재 상태와 설정은 분산 키-값 저장소인 etcd와 같은 지속성 저장소에 안정적으로 보관되며, API 서버는 이 저장소와의 상호작용을 관리하는 유일한 창구 역할을 한다. 이를 통해 시스템 상태에 대한 일관된 뷰와 강력한 동시성 제어를 보장한다.

쿠버네티스는 구글이 내부적으로 사용하던 보그 시스템의 경험을 바탕으로 개발된 오픈소스 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼이다. 현재는 클라우드 네이티브 컴퓨팅 재단이 관리하며, 컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 확장, 관리를 자동화하는 데 널리 사용되는 사실상의 표준 클러스터 리소스 관리자이다.

쿠버네티스는 마스터 노드와 워커 노드로 구성된 클러스터를 관리한다. 마스터 노드에는 API 서버, 스케줄러, 컨트롤러 매니저 등의 핵심 컴포넌트가 위치하여 전체 클러스터 상태를 관리하고 명령을 처리한다. 워커 노드에는 파드 단위로 배포된 애플리케이션 컨테이너가 실행되며, 각 노드에는 쿠블릿 에이전트가 설치되어 마스터의 지시를 받고 노드 상태를 보고한다.

주요 기능으로는 선언적 구성과 자동화된 배포, 서비스 디스커버리와 로드 밸런싱, 스토리지 오케스트레이션, 자동화된 롤아웃과 롤백, 자동 복구(셀프 힐링), 그리고 시크릿과 구성 관리를 들 수 있다. 사용자는 YAML이나 JSON 형식의 매니페스트 파일을 통해 애플리케이션의 원하는 상태를 선언하면, 쿠버네티스가 현재 상태를 그 목표 상태로 수렴시키기 위해 지속적으로 작업을 수행한다.

쿠버네티스는 확장성이 뛰어난 모듈식 아키텍처를 가지고 있어, 다양한 클라우드 환경(AWS, 구글 클라우드 플랫폼, 마이크로소프트 애저)과 온프레미스 데이터센터에서 실행될 수 있다. 또한 방대한 생태계를 통해 헬름 차트 패키지 관리자, 이스티오 서비스 메시, 다양한 모니터링 도구 등 수많은 확장 기능과 도구를 지원한다.

Apache Mesos는 대규모 클러스터 환경에서 CPU, 메모리, 저장장치 및 기타 자원을 효율적으로 추상화하고 관리하기 위해 개발된 클러스터 리소스 관리자이다. 이는 데이터센터 전체를 하나의 거대한 컴퓨터처럼 취급하여, 다양한 분산 애플리케이션이 안정적으로 자원을 공유하고 실행될 수 있는 기반을 제공한다. 특히 Apache Hadoop이나 Apache Spark와 같은 빅데이터 처리 프레임워크를 효율적으로 운영하는 데 널리 사용되었다.

Mesos의 핵심 아키텍처는 마스터 노드와 슬레이브 노드로 구성된다. 마스터 노드는 클러스터의 모든 자원을 관리하고, 슬레이브 노드(에이전트)는 실제 작업을 실행하는 물리적 또는 가상 머신이다. Mesos의 독특한 접근 방식은 '자원 제공' 모델로, 마스터가 사용 가능한 자원을 각 애플리케이션 프레임워크(예: Hadoop, Spark)에 제공하면, 프레임워크 자체의 스케줄러가 이러한 자원을 수락하고 그 위에 작업을 배치하는 결정을 내린다. 이는 중앙 집중식 스케줄링보다 유연성을 높인다.

주요 기능으로는 리소스 격리를 위한 컨테이너 기술 지원, 장애 허용을 통한 마스터 및 슬레이브 노드의 자동 복구, 그리고 동적 자원 할당이 있다. 이를 통해 수천 대의 서버로 구성된 클러스터에서도 안정적인 자원 공유와 높은 활용률을 달성할 수 있다. Mesos는 Apache Aurora나 Marathon 같은 프레임워크와 함께 사용되어 장기 실행 서비스와 배치 작업을 모두 관리하는 데 활용된다.

그러나 Kubernetes가 컨테이너 오케스트레이션의 사실상 표준으로 부상하면서, Mesos의 사용은 상대적으로 특정한 대규모 하이브리드 워크로드 환경으로 좁혀졌다. Mesos는 여전히 다양한 프레임워크를 하나의 클러스터에서 동시에 운영해야 하는 복잡한 데이터센터 시나리오에서 그 가치를 인정받고 있다.

Docker Swarm은 도커 네이티브의 클러스터 관리 및 오케스트레이션 도구이다. 도커 엔진에 내장된 기능으로, 여러 도커 호스트를 단일 가상 시스템으로 묶어 관리할 수 있게 해준다. 사용자는 익숙한 도커 명령줄 인터페이스 명령어를 사용하여 스웜 클러스터에 애플리케이션을 배포하고 확장할 수 있다.

Docker Swarm의 아키텍처는 매니저 노드와 워커 노드로 구성된다. 매니저 노드는 클러스터 상태를 유지하고 워크로드 스케줄링을 담당하며, 워커 노드는 실제 컨테이너를 실행하는 역할을 한다. 내부 Raft 합의 알고리즘을 통해 여러 매니저 노드 간의 고가용성을 보장한다. 서비스라는 개념을 중심으로 동작하며, 사용자가 정의한 서비스의 원하는 상태(레플리카 수, 네트워크, 볼륨 등)를 유지하는 데 중점을 둔다.

주요 기능으로는 서비스 디스커버리, 로드 밸런싱, 롤링 업데이트 등이 있다. 특히 오버레이 네트워크를 통해 클러스터 내 모든 컨테이너가 서로 통신할 수 있는 가상 네트워크를 자동으로 구성한다는 점이 특징이다. 이는 마이크로서비스 아키텍처 기반 애플리케이션 배포에 유용하다.

Docker Swarm은 설정이 간단하고 도커 생태계와의 통합이 원활하다는 장점이 있다. 그러나 Kubernetes에 비해 기능과 생태계의 규모가 작고, 복잡한 스케줄링 정책이나 자동 확장 기능이 상대적으로 제한적이라는 평가를 받는다. 따라서 소규모 클러스터나 도커 환경에 특화된 간단한 오케스트레이션 요구사항에 적합한 도구로 여겨진다.

Hadoop YARN은 아파치 하둡 2.0부터 도입된 핵심 자원 관리 플랫폼이다. 기존 하둡 1.0의 맵리듀스 프레임워크가 자원 관리와 작업 실행을 모두 담당했던 모놀리식 구조를 탈피하여, 클러스터 자원 관리와 작업 스케줄링을 전담하는 별도의 계층으로 분리한 것이 특징이다. 이로써 하둡 생태계는 맵리듀스 외에도 스파크, 하이브, 스톰 등 다양한 데이터 처리 프레임워크를 동일한 클러스터 자원 위에서 효율적으로 실행할 수 있는 기반을 마련했다.

YARN의 아키텍처는 크게 ResourceManager, NodeManager, ApplicationMaster라는 세 가지 주요 컴포넌트로 구성된다. ResourceManager는 전체 클러스터의 자원을 관리하는 마스터 데몬으로, NodeManager가 각 노드에서 보고하는 자원 사용량을 집계하고, ApplicationMaster의 자원 요청을 받아 스케줄링한다. NodeManager는 각 개별 노드에서 실행되어 해당 머신의 CPU, 메모리와 같은 자원을 관리하고 컨테이너의 실행을 담당한다. ApplicationMaster는 각 애플리케이션마다 하나씩 생성되어, 해당 애플리케이션의 작업을 위한 자원을 ResourceManager에 협상하고, 할당받은 컨테이너의 실행을 NodeManager와 협력하여 관리한다.

이러한 분리된 아키텍처는 확장성과 활용도를 크게 높였다. 자원 관리와 작업 실행 로직이 분리됨에 따라, 새로운 데이터 처리 애플리케이션을 개발할 때는 ResourceManager와의 통신 규약만 준수하면 되므로 생태계 확장이 용이해졌다. 또한, 맵리듀스 작업과 스파크 작업 등 이질적인 워크로드가 하나의 클러스터 자원 풀을 공유하며 실행될 수 있어, 클러스터 자원의 활용률을 극대화하는 데 기여했다. YARN은 대규모 데이터센터에서 빅데이터 배치 처리 작업을 실행하는 데 널리 사용되는 표준 클러스터 리소스 관리자 중 하나로 자리 잡았다.

Bin Packing 알고리즘은 클러스터 리소스 관리자에서 사용되는 대표적인 스케줄링 전략 중 하나이다. 이 알고리즘은 이름 그대로 주어진 용량의 빈 상자에 물건을 최대한 효율적으로 채워 넣는 문제에서 유래했으며, 클러스터의 전체 자원 사용률을 최대화하는 것을 목표로 한다. 즉, 사용 가능한 서버나 노드에 워크로드를 할당할 때, 자원이 많이 남아 있는 노드보다는 자원이 거의 꽉 찬 노드에 새로운 작업을 배치하려고 시도한다. 이를 통해 클러스터 내에서 사용되지 않고 낭비되는 컴퓨팅 자원을 최소화할 수 있다.

이 방식은 특히 자원이 제한적이거나 운영 비용을 절감해야 하는 환경에서 유용하다. 예를 들어, 데이터센터에서 전력과 냉각 비용을 줄이거나, 클라우드 컴퓨팅 환경에서 사용한 만큼 비용을 지불하는 모델에서 불필요한 인스턴스를 최소화할 때 효과적이다. Kubernetes의 스케줄러는 기본적으로 리소스 요청량을 기준으로 Bin Packing에 가까운 방식으로 파드를 배치하여 노드의 자원 사용률을 높인다.

그러나 Bin Packing 알고리즘만으로는 모든 상황을 최적으로 처리하기 어렵다. 모든 작업을 소수의 노드에 집중시키면 해당 노드의 부하가 과도하게 높아져 성능 저하나 단일 장애점의 위험이 생길 수 있다. 따라서 실제 시스템에서는 Spread 알고리즘과 같은 다른 전략과 결합하거나, 워크로드의 특성과 서비스 수준 협약을 고려한 복합적인 정책을 적용하는 경우가 많다.

Spread 스케줄링 알고리즘은 클러스터 리소스 관리자가 워크로드를 배치할 때 사용하는 주요 전략 중 하나이다. 이 알고리즘의 핵심 목표는 클러스터 내 가용성을 극대화하고 단일 실패 지점을 방지하는 것이다. 이를 위해 동일한 애플리케이션의 복제본이나 서로 다른 작업들을 가능한 한 널리 분산시켜 서로 다른 물리 서버나 가상 머신에 배치한다. 이 방식은 특정 노드에 장애가 발생하거나 네트워크 구간에 문제가 생겼을 때, 영향을 받는 서비스의 수를 최소화하는 데 도움이 된다.

Spread 알고리즘은 주로 고가용성이 요구되는 마이크로서비스 아키텍처나 상태 비저장 애플리케이션을 운영하는 환경에서 유용하게 적용된다. 예를 들어, 웹 서버 팟이나 API 게이트웨이 인스턴스를 여러 가용 영역에 걸쳐 균등하게 분배하여 특정 영역의 장애에도 서비스가 중단되지 않도록 보장한다. 또한, 데이터센터 전체의 자원 사용률을 고르게 유지함으로써 특정 랙이나 스위치에 과부하가 집중되는 것을 방지하는 효과도 있다.

이 알고리즘의 동작은 단순한 라운드 로빈 방식과는 차이가 있다. 클러스터 리소스 관리자는 현재 클러스터의 상태를 지속적으로 모니터링하며, 각 노드의 CPU 사용률, 메모리 사용량, 실행 중인 작업 수 등 다양한 메트릭을 고려하여 최적의 분산 배치 결정을 내린다. 따라서 단순히 순서대로 배치하는 것이 아니라, 리소스 여유도와 기존 워크로드 분포를 종합적으로 분석하여 가장 적게 사용된 노드를 선호하는 방식으로 작동한다.

Spread 방식은 Bin Packing 알고리즘과 대비되는 개념으로, 자원 활용 효율성보다는 안정성과 내결함성을 우선시한다는 특징이 있다. Kubernetes의 스케줄러는 파드를 배치할 때 podAntiAffinity 규칙을 설정함으로써 Spread 방식을 구현할 수 있으며, Apache Mesos나 Docker Swarm과 같은 다른 오케스트레이션 도구들도 유사한 분산 배치 정책을 제공한다.

우선순위 기반 스케줄링은 클러스터 리소스 관리자가 워크로드나 작업에 부여된 중요도에 따라 자원 할당 순서를 결정하는 방식이다. 이 방법은 모든 작업을 동등하게 취급하지 않고, 사전에 정의된 우선순위 규칙에 따라 처리 순위를 매긴다. 우선순위는 작업의 비즈니스 중요도, 서비스 수준 계약, 긴급성, 사용자 또는 테넌트의 등급, 또는 작업 큐에 대기한 시간 등 다양한 기준으로 설정될 수 있다. 이를 통해 시스템 관리자는 제한된 컴퓨팅 자원을 가장 중요한 작업에 우선적으로 할당하여 전체 시스템의 효율성과 비즈니스 목표 달성도를 높일 수 있다.

이 스케줄링 방식의 핵심은 우선순위 결정 알고리즘과 선점 정책에 있다. 높은 우선순위를 가진 새로운 작업이 도착했을 때, 이미 실행 중인 낮은 우선순위 작업의 자원을 강제로 회수(선점)하여 새로운 작업에 할당할지 여부가 중요한 설계 선택 사항이다. 선점을 허용하면 높은 우선순위 작업의 시작 시간을 보장할 수 있지만, 중단된 작업의 체크포인트 및 재시작으로 인한 오버헤드가 발생할 수 있다. Kubernetes에서는 파드에 우선순위 클래스를 지정하고, 필요 시 선점을 통해 고우선순위 파드의 스케줄링을 보장하는 메커니즘을 제공한다.

우선순위 기반 접근법은 특히 혼합 워크로드가 공존하는 클라우드 환경이나 데이터센터에서 유용하다. 예를 들어, 실시간 데이터 분석 작업은 배치 처리 작업보다 높은 우선순위를 부여받아 신속하게 자원을 확보할 수 있으며, 고성능 컴퓨팅 시뮬레이션 작업은 일반적인 테스트 작업보다 우선 처리될 수 있다. Apache Hadoop YARN과 같은 리소스 관리자도 큐 기반의 용량 스케줄러를 통해 각 큐에 가중치를 부여함으로써 간접적으로 우선순위를 구현한다. 이 방식은 공정성과 자원 활용률 사이의 균형을 맞추는 데 기여한다.