Kubernetes 调度原理及调度策略——节点篇
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k8s调度器scheduler 简介
对每一个新创建的 Pod 或者是未被调度的 Pod，kube-scheduler 会选择一个最优的 Node 去运行这个 Pod。然而，Pod 内的每一个容器对资源都有不同的需求，而且 Pod 本身也有不同的资源需求。因此，Pod 在被调度到 Node 上之前，根据这些特定的资源调度需求，需要对集群中的 Node 进行一次过滤。
在一个集群中，满足一个 Pod 调度请求的所有 Node 称之为 _可调度节点。如果没有任何一个 Node 能满足 Pod 的资源请求，那么这个 Pod 将一直停留在未调度状态直到调度器能够找到合适的 Node。
调度器先在集群中找到一个 Pod 的所有可调度节点，然后根据一系列函数对这些可调度节点打分，然后选出其中得分最高的 Node 来运行 Pod。之后，调度器将这个调度决定通知给 kube-apiserver，这个过程叫做绑定。
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
k8s调度器scheduler 调度步骤
1、过滤（过滤策略）：过滤阶段会将所有满足 Pod 调度需求的 Node 选出来，将不满足的节点过滤掉
2、优先（优先策略）：根据优先级选出最佳节点
3、节点择优：kube-scheduler 会将 Pod 调度到得分最高的 Node 上。如果存在多个得分最高的 Node，kube-scheduler 会从中随机选取一个节点
**pod调度过程 **
- 首先用户通过 Kubernetes 客户端 Kubectl 提交创建 Pod 的 Yaml 的文件，向Kubernetes 系统发起资源请求，该资源请求被提交到
- Kubernetes 系统中，用户通过命令行工具 Kubectl 向 Kubernetes 集群即 APIServer 用 的方式发送“POST”请求，即创建 Pod 的请求。
- APIServer 接收到请求后把创建 Pod 的信息存储到 Etcd 中，从集群运行那一刻起，资源调度系统 Scheduler 就会定时去监控 APIServer
- 通过 APIServer 得到创建 Pod 的信息，Scheduler 采用 watch 机制，一旦 Etcd 存储 Pod 信息成功便会立即通知APIServer
- APIServer会立即把Pod创建的消息通知Scheduler，Scheduler发现 Pod 的属性中 Dest Node 为空时（Dest Node=””）便会立即触发调度流程进行调度。
- 而这一个创建Pod对象，在调度的过程当中有3个阶段：节点预选、节点优选、节点选定，从而筛选出最佳的节点
-节点预选：基于一系列的预选规则对每个节点进行检查，将那些不符合条件的节点过滤，从而完成节点的预选
-节点优选：对预选出的节点进行优先级排序，以便选出最合适运行Pod对象的节点
-节点选定：从优先级排序结果中挑选出优先级最高的节点运行Pod，当这类节点多于1个时，则进行随机选择
过滤策略
| PodFitsHostPorts | 如果 Pod 中定义了 hostPort 属性，那么需要先检查这个指定端口是否 已经被 Node上其他服务占用了。 |
|---|---|
打分策略
SelectorSpreadPriority：尽量将归属于同一个 Service 、StatefulSet 或 ReplicaSet 的 Pod 资源分散到不同的 Node 上。
InterPodAffinityPriority：遍历 Pod 对象的亲和性条目，并将那些能够匹配到给定 Node 的条目的权重相加，结果值越大的 Node 得分越高。
LeastRequestedPriority：空闲资源比例越高的 Node 得分越高。换句话说，Node 上的 Pod 越多，并且资源被占用的越多，那么这个 Node 的得分就会越少。
MostRequestedPriority：空闲资源比例越低的 Node 得分越高。这个调度策略将会把你所有的工作负载（Pod）调度到尽量少的 Node 上。
RequestedToCapacityRatioPriority：为 Node 上每个资源占用比例设定得分值，给资源打分函数在打分时使用。
BalancedResourceAllocation：优选那些使得资源利用率更为均衡的节点。
NodePreferAvoidPodsPriority：这个策略将根据 Node 的注解信息中是否含有 scheduler.alpha.kubernetes.io/preferAvoidPods 来 计算其优先级。使用这个策略可以将两个不同 Pod 运行在不同的 Node 上。
NodeAffinityPriority：基于 Pod 属性中 PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 来进行 Node 亲和性调度。你可以通过这篇文章 Pods 到 Nodes 的分派 来了解到更详细的内容。
TaintTolerationPriority：基于 Pod 中对每个 Node 上污点容忍程度进行优先级评估，这个策略能够调整待选 Node 的排名。
ImageLocalityPriority：Node 上已经拥有 Pod 需要的 容器镜像 的 Node 会有较高的优先级。
ServiceSpreadingPriority：这个调度策略的主要目的是确保将归属于同一个 Service 的 Pod 调度到不同的 Node 上。如果 Node 上 没有归属于同一个 Service 的 Pod，这个策略更倾向于将 Pod 调度到这类 Node 上。最终的目的：即使在一个 Node 宕机之后 Service 也具有很强容灾能力。
CalculateAntiAffinityPriorityMap：这个策略主要是用来实现pod反亲和。
EqualPriorityMap：将所有的 Node 设置成相同的权重为 1。
一、节点定向调度
| 名称 | 属性 |
|---|---|
| In | lable在某个列表中 |
| NotIn | lable不在某个列表中 |
| Exists | 某个lable存在 |
| DoesNotExist | 某个lable不存在 |
| Gt | lable大于某个列表中 |
| Lt | lable小于某个列表中 |
nodeSelector方式
1、创建目录
mkdir -p /root/kubernetes/nodedirectional
2、查看node节点的标签
kubectl get nodes --show-labels
3、k8s-node1节点添加新的标签
kubectl label nodes k8s-node1 nodeselector=dev
4、创建deployment无状态的pod
kubectl create deployment node-directional --image=nginx --dry-run=client -o yaml > nodeselector.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
labels:
app: node-directional
name: node-directional
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: node-directional
template:
metadata:
labels:
app: node-directional
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
nodeSelector:
nodeselector: dev
5、生成定向调度pod（多次查看是否调度在k8s-node1 ，node的节点）
kubectl delete pod --all && kubectl apply -f nodeselector.yaml && kubectl get pod -o wide
nodeName方式
1、创建定向调度pod（多次查看是否调度在k8s-node2，node的节点）
vim nodename.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
labels:
app: nodename-directional
name: nodename-directional
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nodename-directional
template:
metadata:
labels:
app: nodename-directional
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
nodeName: k8s-node2
kubectl apply -f nodename.yaml
查看分配的节点
kubectl get pod -o wide
二、节点亲和性调度（node）
硬亲和： 强制满足条件
软亲和： 不满足时，选择得分最高的 Node
注意：节点标签改变而不再符合此节点亲和性规则时，不会将Pod从该节点移出，仅对新建的Pod对象生效
硬亲和：
1、创建硬亲和目录
mkdir -p /root/kubernetes/affinity/node/required
2、创建硬亲和pod
vim required-nodeaffinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: required-nodeaffinity
spec:
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义硬亲和性
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions: #集合选择器
- key: kubernetes.io/hostname
operator: In
values:
- k8s-node2
containers:
- name: nginx
image: nginx:latest
3、生成pod（调度到k8s-node2节点）
kubectl delete po --all && kubectl apply -f required-nodeaffinity.yaml && kubectl get pod -o wide
4、测试调度再其他节点（node3没有此节点）
vim required-notnodeaffinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: required-notnodeaffinity
spec:
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义硬亲和性
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions: #集合选择器
- key: kubernetes.io/hostname
operator: In
values:
- k8s-node3
containers:
- name: nginx
image: nginx:latest
kubectl apply -f required-notnodeaffinity.yaml
5、查看生成pod（处于Pending状态）
kubectl get pod required-notnodeaffinity
node的硬亲和必须满足条件，不满足处于等待符合条件的节点
软亲和：
1、创建硬亲和目录
mkdir -p /root/kubernetes/affinity/node/preferred
2、创建软亲和pod
vim preferred-nodeaffinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: preferred-nodeaffinity
spec:
affinity:
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义软亲和性
- weight: 1
preference:
matchExpressions: #集合选择器
- key: kubernetes.io/hostname
operator: In
values:
- k8s-node3 #没有node3节点
containers:
- name: preferred-nodeaffinity
image: nginx:latest
3、生成pod（调度到k8s-node1/k8s-node2节点）
kubectl delete po --all && kubectl apply -f preferred-nodeaffinity.yaml && kubectl get pod -o wide
node的软亲和如果不存在就寻找其他性能比较好的节点，调度到该节点运行应用
软硬结合：
1、将节点node1添加标签
kubectl label nodes k8s-node1 preferred-required=nodeaffinity
2、创建硬亲和目录
mkdir -p /root/kubernetes/affinity/node/preferred_required
3、创建软硬亲和pod（调度在node2）
vim preferred-required-nodeaffinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: preferred-required-nodeaffinity
spec:
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义硬亲和性
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions: #集合选择器
- key: kubernetes.io/os #kubectl get nodes --show-labels查看到node节点的key值(内置的节点标签)
operator: In #lable在某个列表中
values:
- linux #kubectl get nodes --show-labels查看到node节点的键值(内置的节点标签)
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义软亲和性
- weight: 1
preference:
matchExpressions: #集合选择器
- key: preferred-required #添加的标签(键)
operator: NotIn #lable不在某个列表中
values:
- nodeaffinity #添加的标签(值)
containers:
- name: preferred-required-nodeaffinity
image: nginx:latest
3、生成pod（调度到k8s-node2）
kubectl delete po --all && kubectl apply -f preferred-required-nodeaffinity.yaml && kubectl get pod -o wide
硬亲和为每个节点内置标签kubernetes.io/os=linux(节点都满足)，软亲和之前打好的标签（lable不在某个列表中），不会调度node1节点和master（自带污点），接下剩下调度在node2节点。
4、创建软硬亲和pod（调度在node1）
vim preferred-required-nodeaffinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: preferred-required-nodeaffinity
spec:
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义硬亲和性
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions: #集合选择器
- key: kubernetes.io/os #kubectl get nodes --show-labels查看到node节点的key值(内置的节点标签)
operator: In #lable在某个列表中
values:
- linux #kubectl get nodes --show-labels查看到node节点的键值(内置的节点标签)
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 定义软亲和性
- weight: 1
preference:
matchExpressions: #集合选择器
- key: preferred-required #添加的标签(键)
operator: In #lable在某个列表中
values:
- nodeaffinity #添加的标签(值)
containers:
- name: preferred-required-nodeaffinity
image: nginx:latest
5、生成pod（调度到k8s-node1）
kubectl delete po --all && kubectl apply -f preferred-required-nodeaffinity.yaml && kubectl get pod -o wide
全部调度在node1节点上