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
