kubernetes集群实战——Pod调度、亲和性与反亲和性、Node属性Taints、Pod属性Tolerations

1.调度器作用

调度器通过 kubernetes 的 watch 机制来发现集群中新创建且尚未被调度到 Node 上的 Pod。调度器会将发现的每一个未调度的 Pod 调度到一个合适的 Node 上来运行。
kube-scheduler 是 Kubernetes 集群的默认调度器，并且是集群控制面的一部分。如果你真的希望或者有这方面的需求，kube-scheduler 在设计上是允许你自己写一个调度组件并替换原有的 kube-scheduler。
在做调度决定时需要考虑的因素包括：单独和整体的资源请求、硬件/软件/策略限制、亲和以及反亲和要求、数据局域性、负载间的干扰等等。

默认策略可以参考：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling/kube-scheduler/
调度框架：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/configuration/scheduling-framework/

2. nodeName

nodeName 是节点选择约束的最简单方法，但一般不推荐。
如果 nodeName 在 PodSpec 中指定了，则它优先于其他的节点选择方法。
使用 nodeName 来选择节点的一些限制：
如果指定的节点不存在。
如果指定的节点没有资源来容纳 pod，则pod 调度失败。
云环境中的节点名称并非总是可预测或稳定的。
示例

[root@server2 ~]# cd sduler/
[root@server2 sduler]# vim pod.yml 
[root@server2 sduler]# cat pod.yml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  nodeName: server3	##指定pod调度到server3节点
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f pod.yml 
pod/nginx created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx   1/1     Running   0          13s   10.244.1.30   server3              
[root@server2 sduler]# 

测试：指定节点没有资源来容纳 pod，则pod 调度失败

3. nodeSelector

nodeSelector 是节点选择约束的最简单推荐形式。

给选择的节点添加标签：
kubectl label nodes server2 disktype=ssd

添加 nodeSelector 字段到 pod 配置中：

[root@server2 sduler]# kubectl label nodes server3 disktype=ssd	##添加标签到节点server3
node/server3 labeled
[root@server2 sduler]# kubectl get node --show-labels
NAME      STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
server2   Ready    master   5d15h   v1.18.5   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=server2,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
server3   Ready       5d15h   v1.18.5   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=server3,kubernetes.io/os=linux
server4   Ready       5d15h   v1.18.5   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=server4,kubernetes.io/os=linux
[root@server2 sduler]# vim pod.yml 
[root@server2 sduler]# cat pod.yml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  nodeSelector: 	##按照所添加的标签选择节点
    disktype: ssd
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f pod.yml
pod/nginx created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx   1/1     Running   0          19s   10.244.1.31   server3              
[root@server2 sduler]# 

未匹配到标签时，pod将一直处于pending状态

4. 亲和和与反亲和

nodeSelector 提供了一种非常简单的方法来将 pod 约束到具有特定标签的节点上。
亲和/反亲和功能极大地扩展了你可以表达约束的类型。
你可以发现规则是“软”/“偏好”，而不是硬性要求，因此，如果调度器无法满足该要求，仍然调度该 pod
你可以使用节点上的 pod 的标签来约束，而不是使用节点本身的标签，来允许哪些 pod 可以或者不可以被放置在一起。
参考：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/

4.1 节点亲和

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 必须满足
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 倾向满足
IgnoreDuringExecution 表示如果在Pod运行期间Node的标签发生变化，导致亲和性策略不能满足，则继续运行当前的Pod。

nodeaffinity还支持多种规则匹配条件的配置如
In：label 的值在列表内
NotIn：label 的值不在列表内
Gt：label 的值大于设置的值，不支持Pod亲和性
Lt：label 的值小于设置的值，不支持pod亲和性
Exists：设置的label 存在
DoesNotExist：设置的 label 不存在
节点亲和性pod示例一：

[root@server2 sduler]# vim pod.yml 
[root@server2 sduler]# cat pod.yml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: node-affinity
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
           nodeSelectorTerms:
           - matchExpressions:
             - key: disktype
               operator: In
               values:
                 - ssd
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f pod.yml 
pod/node-affinity created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
node-affinity   1/1     Running   0          10s   10.244.1.32   server3              
[root@server2 sduler]# 

示例二：

[root@server2 sduler]# vim pod.yml 
[root@server2 sduler]# cat pod.yml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: node-affinity
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	##必须满足
           nodeSelectorTerms:
           - matchExpressions:
             - key: kubernetes.io/hostname
               operator: NotIn
               values:
               - server1
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	##倾向满足
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: disktype
            operator: In
            values:
            - ssd     
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f pod.yml 
pod/node-affinity created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME            READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
node-affinity   1/1     Running   0          5s    10.244.1.33   server3              
[root@server2 sduler]# 

4.2 pod 亲和性和反亲和性

podAffinity 主要解决POD可以和哪些POD部署在同一个拓扑域中的问题（拓扑域用主机标签实现，可以是单个主机，也可以是多个主机组成的cluster、zone等。）
podAntiAffinity主要解决POD不能和哪些POD部署在同一个拓扑域中的问题。它们处理的是Kubernetes集群内部POD和POD之间的关系。
Pod 间亲和与反亲和在与更高级别的集合（例如 ReplicaSets，StatefulSets，Deployments 等）一起使用时，它们可能更加有用。可以轻松配置一组应位于相同定义拓扑（例如，节点）中的工作负载。

pod亲和性示例:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql
    env:
     - name: "MYSQL_ROOT_PASSWORD"
       value: "westos"
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - nginx
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
[root@server2 sduler]# vim pod.yml
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f pod.yml 
pod/nginx created
pod/mysql created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
mysql   1/1     Running   0          25s   10.244.1.36   server3              
nginx   1/1     Running   0          25s   10.244.1.35   server3              
[root@server2 sduler]# 

设置调度，mysql跟随nginx的pod建立，建立pod到相应的标签

pod反亲和性示例:

[root@server2 sduler]# vim pod.yml 
[root@server2 sduler]# cat pod.yml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  nodeName: server3
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
  labels:
    app: mysql
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:5.7
    env:
     - name: "MYSQL_ROOT_PASSWORD"
       value: "westos"
  affinity:
    podAntiAffinity:		##反亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - nginx
        topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f pod.yml 
pod/nginx created
pod/mysql created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide	##mysql和nginx不在同一节点
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
mysql   1/1     Running   0          14s   10.244.2.32   server4              
nginx   1/1     Running   0          14s   10.244.1.37   server3              
[root@server2 sduler]# 

5. Node属性Taints污点、Pod属性Tolerations容忍

5.1污点、容忍概述

NodeAffinity节点亲和性，是Pod上定义的一种属性，使Pod能够按我们的要求调度到某个Node上，而Taints则恰恰相反，它可以让Node拒绝运行Pod，甚至驱逐Pod。

Taints(污点)是Node的一个属性，设置了Taints后，所以Kubernetes是不会将Pod调度到这个Node上的，于是Kubernetes就给Pod设置了个属性Tolerations(容忍)，只要Pod能够容忍Node上的污点，那么Kubernetes就会忽略Node上的污点，就能够(不是必须)把Pod调度过去。

可以使用命令 kubectl taint 给节点增加一个 taint：

kubectl taint nodes node1 key=value:NoSchedule	//创建
kubectl describe nodes  server1 |grep Taints		//查询
kubectl taint nodes node1 key:NoSchedule-		//删除

其中[effect] 可取值： [ NoSchedule | PreferNoSchedule | NoExecute ]
NoSchedule：POD 不会被调度到标记为 taints 节点。
PreferNoSchedule：NoSchedule 的软策略版本。
NoExecute：该选项意味着一旦 Taint 生效，如该节点内正在运行的 POD 没有对应 Tolerate 设置，会直接被逐出

[root@server2 sduler]# kubectl describe nodes server2 | grep Taints
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
[root@server2 sduler]# kubectl describe nodes server3 | grep Taints
Taints:             
[root@server2 sduler]# kubectl describe nodes server4 | grep Taints
Taints:             
[root@server2 sduler]# 

部署myapp deployment示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-v1
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:v1
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - myapp
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
[root@server2 sduler]# vim deployment.yml 
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f deployment.yml 
deployment.apps/deployment-v1 created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-v1-6498765b4b-59ncg   1/1     Running   0          22s   10.244.1.39   server3              
deployment-v1-6498765b4b-rkpc5   1/1     Running   0          22s   10.244.2.34   server4              
mysql                            1/1     Running   0          82m   10.244.2.32   server4              
nginx                            1/1     Running   0          82m   10.244.1.37   server3              
[root@server2 sduler]# 

5.2 污点的添加与容忍设定

tolerations中定义的key、value、effect，要与node上设置的taint保持一直：
如果 operator 是 Exists ，value可以省略。
如果 operator 是 Equal ，则key与value之间的关系必须相等。
如果不指定operator属性，则默认值为Equal。
还有两个特殊值：
当不指定key，再配合Exists 就能匹配所有的key与value ，可以容忍所有污点。
当不指定effect ，则匹配所有的effect。
添加污点

[root@server2 sduler]# kubectl taint node server3 node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule	##给Server3节点打上taint
node/server3 tainted
[root@server2 sduler]# kubectl describe nodes server3 |grep Taints
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f deployment.yml 
deployment.apps/deployment-v1 created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide	##可以看到server3上的Pod被驱离：
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-v1-6498765b4b-ds7s7   1/1     Running   0          8s    10.244.2.36   server4              
deployment-v1-6498765b4b-vqcld   0/1     Pending   0          8s                           

可以看到server3上的Pod被驱离

在PodSpec中为容器设定容忍标签：

tolerations:
      - operator: "Exists"
        effect: "NoSchedule"

为Pod设置容忍后，server3又可以运行Pod了

6. 影响pod调度的指令

影响Pod调度的指令还有：cordon、drain、delete，后期创建的pod都不会被调度到该节点上，但操作的暴力程度不一样。
cordon 停止调度：
影响最小，只会将node调为SchedulingDisabled，新创建pod，不会被调度到该节点，节点原有pod不受影响，仍正常对外提供服务。

[root@server2 sduler]# kubectl cordon server3
node/server3 cordoned
[root@server2 sduler]# kubectl get no
NAME      STATUS                     ROLES    AGE     VERSION
server2   Ready                      master   5d18h   v1.18.5
server3   Ready,SchedulingDisabled      5d18h   v1.18.5
server4   Ready                         5d18h   v1.18.5
[root@server2 sduler]# 

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-v1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:v1
[root@server2 sduler]# vim deployment.yml 
[root@server2 sduler]# kubectl apply -f deployment.yml 
deployment.apps/deployment-v1 created
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide	##server3没有被调度
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-v1-7449b5b68f-5zvj6   1/1     Running   0          12s   10.244.2.38   server4              
deployment-v1-7449b5b68f-89bn5   1/1     Running   0          12s   10.244.2.40   server4              
deployment-v1-7449b5b68f-rpqb4   1/1     Running   0          12s   10.244.2.39   server4              
[root@server2 sduler]# 

应用yaml文件后，集群中server3节点没有被调度

恢复server3节点的工作状态

[root@server2 sduler]# kubectl uncordon server3
node/server3 uncordoned
[root@server2 sduler]# kubectl get no
NAME      STATUS   ROLES    AGE     VERSION
server2   Ready    master   5d18h   v1.18.5
server3   Ready       5d18h   v1.18.5
server4   Ready       5d18h   v1.18.5
[root@server2 sduler]# 

drain 驱逐节点：
首先驱逐node上的pod，在其他节点重新创建，然后将节点调为SchedulingDisabled。

[root@server2 sduler]# kubectl  drain server3 --ignore-daemonsets
node/server3 cordoned
WARNING: ignoring DaemonSet-managed Pods: kube-system/kube-flannel-ds-amd64-zx97k, kube-system/kube-proxy-l2cz5
evicting pod kube-system/coredns-bd97f9cd9-vzw6w
pod/coredns-bd97f9cd9-vzw6w evicted
node/server3 evicted
[root@server2 sduler]# kubectl get nodes 
NAME      STATUS                     ROLES    AGE     VERSION
server2   Ready                      master   5d18h   v1.18.5
server3   Ready,SchedulingDisabled      5d18h   v1.18.5
server4   Ready                         5d18h   v1.18.5
[root@server2 sduler]# kubectl get pod -o wide
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
deployment-v1-7449b5b68f-5zvj6   1/1     Running   0          7m31s   10.244.2.38   server4              
deployment-v1-7449b5b68f-89bn5   1/1     Running   0          7m31s   10.244.2.40   server4              
deployment-v1-7449b5b68f-rpqb4   1/1     Running   0          7m31s   10.244.2.39   server4              
[root@server2 sduler]# 

恢复server3节点的工作状态

delete 删除节点：
最暴力的一个，首先驱逐node上的pod，在其他节点重新创建，然后，从master节点删除该node，master失去对其控制，如要恢复调度，需进入node节点，重启kubelet服务