k8s资源调度（节点选择、亲和性、污点）

Scheduler调度器

Scheduler调度器做为Kubernetes三大核心组件之一， 承载着整个集群资源的调度功能，其根据特定调度算法和策略，将Pod调度到最优工作节点上，从而更合理与充分的利用集群计算资源。

其作用是根据特定的调度算法和策略将Pod调度到指定的计算节点（Node）上，其做为单独的程序运行，启动之后会一直监听API Server，获取PodSpec.NodeName为空的Pod，对每个Pod都会创建一个绑定。

默认情况下，k8s的调度器采用扩散策略，将同一集群内部的pod对象调度到不同的Node节点，以保证资源的均衡利用。

调度过程，一般有五个步骤，如下：
1.首先，客户端通过API Server的REST API/kubectl/helm创建pod/service/deployment/job等，支持类型主要为JSON/YAML/helm tgz。

2.接下来，API Server收到用户请求，存储到相关数据到etcd。

3.调度器通过API Server查看未调度（bind）的Pod列表，循环遍历地为每个Pod分配节点，尝试为Pod分配节点。调度过程分为2个阶段：

1.第一阶段：预选过程，过滤节点，调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机。比如Pod指定了所需要的资源量，那么可用资源比Pod需要的资源量少的主机会被过滤掉。
2.第二阶段：优选过程，节点优先级打分，对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分，在主机打分阶段，调度器会考虑一些整体优化策略，比如把容一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上，使用最低负载的主机等。

4.选择主机：选择打分最高的节点，进行binding操作，结果存储到etcd中。

5.所选节点对于的kubelet根据调度结果执行Pod创建操作。

nodeSelector（节点选择）

nodeSelector是最简单的约束方式。nodeSelector是pod.spec的一个字段
通过–show-labels可以查看指定node的labels

[root@master ~]# kubectl get node node1 --show-labels
NAME    STATUS     ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   NotReady   <none>   4d21h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux

如果没有额外添加 nodes labels，那么看到的如上所示的默认标签。我们可以通过 kubectl label node 命令给指定 node 添加 labels：

[root@master ~]# kubectl label node node1 disktype=ssd
node/node1 labeled
[root@master ~]# kubectl get node node1 --show-labels
NAME    STATUS     ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   NotReady   <none>   4d21h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux

当然，你也可以通过 kubectl label node 删除指定的 labels（标签 key 接 - 号即可）

[root@master ~]# kubectl label node node1 disktype-
node/node1 labeled
[root@master ~]# kubectl get node node1 --show-labels
NAME    STATUS     ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   NotReady   <none>   4d21h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux

创建测试 pod 并指定 nodeSelector 选项绑定节点：

[root@master mainfest]# kubectl label node node1 disktype=ssd
node/node1 labeled
[root@master mainfest]# kubectl get nodes node1 --show-labels
NAME    STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   Ready    <none>   4d21h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux

[root@master mainfest]# vim test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: test
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
      nodeSelector:
    disktype: ssd

查看pod调度的节点

[root@master mainfest]# kubectl label node node1 disktype=ssd
node/node1 labeled
[root@master mainfest]# kubectl get nodes node1 --show-labels
NAME    STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   Ready    <none>   4d21h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux

[root@master mainfest]# vim test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: test
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
      nodeSelector:
    disktype: ssd

可以看出，test这个pod被强制调度到了有disktype=ssd这个label的node上。

nodeAffinity(亲和性)

nodeAffinity意为node亲和性调度策略。是用于替换nodeSelector的全新调度策略。

目前有两种节点亲和性表达：

• 1.Required During Scheduling Ignored During Execution:
  必须满足制定的规则才可以调度pode到Node上。相当于硬限制

• 2.Preferred During Scheduling Ignore During Execution:
  强调优先满足制定规则，调度器会尝试调度pod到Node上，但并不强求，相当于软限制。
  多个优先级规则还可以设置权重值，以定义执行的先后顺序。

IgnoredDuringExecution的意思是：
如果一个pod所在的节点在pod运行期间标签发生了变更，不在符合该pod的节点亲和性需求，则系统将忽略node上lable的变化，该pod能机选在该节点运行。

NodeAffinity 语法支持的操作符包括：

• In：label 的值在某个列表中
• NotIn：label 的值不在某个列表中
• Exists：某个 label 存在
• DoesNotExit：某个 label 不存在
• Gt：label 的值大于某个值
• Lt：label 的值小于某个值

nodeAffinity规则设置的注意事项如下：

• 1.如果同时定义了nodeSelector和nodeAffinity，name必须两个条件都得到满足，pod才能最终运行在指定的node上。
• 2.如果nodeAffinity指定了多个nodeSelectorTerms，那么其中一个能够匹配成功即可。
• 3.如果在nodeSelectorTerms中有多个matchExpressions，则一个节点必须满足所有matchExpressions才能运行该pod。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test1
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: test1
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
      affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:                //硬策略
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disktype
            values:
            - ssd
            operator: In
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:                //软策略
      - weight: 10
        preference:
          matchExpressions:
          - key: name
            values:
            - test
              operator: In      

给node2打上disktype=ssd的标签

[root@master mainfest]# kubectl label node node2 disktype=ssd
node/node2 labeled
[root@master mainfest]# kubectl get node node2 --show-labels
NAME    STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node2   Ready    <none>   4d22h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node2,kubernetes.io/os=linux

给node1打上name=test的label和删除name=test的label并测试查看结果

[root@master ~]# kubectl label node node1 name=test
node/node1 labeled
[root@master ~]# kubectl get node node1 --show-labels
NAME    STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   Ready    <none>   4d22h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux,name=test

[root@master mainfest]# kubectl apply -f test1.yaml 
pod/test1 created
[root@master mainfest]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
t1      1/1     Running   0          36m   10.244.1.31   node1   <none>           <none>
test    1/1     Running   0          35m   10.244.1.32   node1   <none>           <none>
test1   1/1     Running   0          3s    10.244.1.33   node1   <none>           <none>

删除node1上name=test的label

[root@master mainfest]# kubectl label node node1 name-
node/node1 labeled
[root@master mainfest]# kubectl get node node1 --show-labels
NAME    STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   Ready    <none>   4d22h   v1.20.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux

[root@master mainfest]# kubectl apply -f test1.yaml 
pod/test1 created
[root@master mainfest]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
t1      1/1     Running   0          40m   10.244.1.31   node1   <none>           <none>
test    1/1     Running   0          39m   10.244.1.32   node1   <none>           <none>
test1   1/1     Running   0          7s    10.244.2.44   node2   <none>           <none>

上面这个pod首先是要求要运行在有disktype=ssd这个label的node上，如果有多个node上都有这个label，则优先在有name=test这个label上创建

taint（污点）

使用kubeclt taint命令可以给某个node设置五点，node被设置污点之后就和pod之间存在了一种相斥的关系，可以让node拒绝pod的调度执行，甚至将node上本已存在的pod驱逐出去。

污点的组成如下：
key=value:effect

每个污点有一个key和value作为污点的标签，其中value可以为空，effect描述污点的作用

[root@master mainfest]# kubectl taint node node1 name=test:NoSchedule
node/node1 tainted
[root@master mainfest]# kubectl describe node node1|grep -i taint
Taints:             name=test:NoSchedule

创建一个名为test2的pod测试

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test2
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: test2
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
      affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disktype
            values:
            - ssd
            operator: In
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: name
            values:
            - test
              operator: In

[root@master mainfest]# kubectl apply -f test2.yaml 
pod/test2 created
[root@master mainfest]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
t1      1/1     Running   0          6h25m   10.244.1.31   node1   <none>           <none>
test    1/1     Running   0          6h24m   10.244.1.32   node1   <none>           <none>
test1   1/1     Running   0          8m13s   10.244.2.45   node2   <none>           <none>
test2   1/1     Running   0          6m31s   10.244.2.46   node2   <none>           <none>

正常情况下，test2应该创建在node1上，但由于node1上我们设置了污点，所以并不会创建在node1上，当我们删除污点后，就可以创建在node1上

[root@master mainfest]# kubectl taint node node1 name-
node/node1 untainted
[root@master mainfest]# kubectl describe node node1|grep -i taint
Taints:             <none>

[root@master mainfest]# kubectl apply -f test2.yaml 
pod/test2 created
[root@master mainfest]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
t1      1/1     Running   0          6h29m   10.244.1.31   node1   <none>           <none>
test    1/1     Running   0          6h28m   10.244.1.32   node1   <none>           <none>
test1   1/1     Running   0          12m     10.244.2.45   node2   <none>           <none>
test2   1/1     Running   0          9s      10.244.2.47   node1   <none>           <none>

删除污点后，test2就被创建在了node1上

• effect说明
  上面的例子中effect的取值为NoSchedule，下面对effect的值作下简单说明：

• NoSchedule： 如果一个pod没有声明容忍这个Taint，则系统不会把该Pod调度到有这个Taint的node上

• PreferNoSchedule：NoSchedule的软限制版本，如果一个Pod没有声明容忍这个Taint，则系统会尽量避免把这个pod调度到这一节点上去，但不是强制的。

• NoExecute：定义pod的驱逐行为，以应对节点故障。NoExecute这个Taint效果对节点上正在运行的pod有以下影响：

  • 没有设置Toleration的Pod会被立刻驱逐
  • 配置了对应Toleration的pod，如果没有为tolerationSeconds赋值，则会一直留在这一节点中
  • 配置了对应Toleration的pod且指定了tolerationSeconds值，则会在指定时间后驱逐.

从kubernetes 1.6版本开始引入了一个alpha版本的功能，即把节点故障标记为Taint（目前只针对node unreachable及node not ready，相应的NodeCondition "Ready"的值为Unknown和False）。

激活TaintBasedEvictions功能后（在–feature-gates参数中加入TaintBasedEvictions=true），NodeController会自动为Node设置Taint，而状态为"Ready"的Node上之前设置过的普通驱逐逻辑将会被禁用。

注意，在节点故障情况下，为了保持现存的pod驱逐的限速设置，系统将会以限速的模式逐步给node设置Taint，这就能防止在一些特定情况下（比如master暂时失联）造成的大量pod被驱逐的后果。

这一功能兼容于tolerationSeconds，允许pod定义节点故障时持续多久才被逐出。

tolerations(容忍)

设置了污点的Node将根据taint的effect：NoSchedule、PreferNoSchedule、NoExecute和Pod之间产生互斥的关系，Pod将在一定程度上不会被调度到Node上。

但我们可以在Pod上设置容忍 (Toleration)，也就是设置了容忍的Pod将可以容忍污点的存在，可以被调度到存在污点的Node上

 tolerations:
  - key: name
    value: test
    operator: Equal
    effect: NoSchedule
//其中key,vaule,effect要与Node上设置的taint保持一致,operator的值为Exists将会忽略value值

• tolerationSeconds 用于描述当 Pod 需要被驱逐时可以在 Pod 上继续保留运行的时间

[root@master mainfest]# kubectl taint node node2 name=test:NoSchedule
node/node2 tainted
[root@master mainfest]# kubectl describe node node2|grep -i taint
Taints:             name=test:NoSchedule

[root@master mainfest]# kubectl apply -f test2.yaml 
pod/test2 created
[root@master mainfest]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
t1      1/1     Running   0          6h38m   10.244.1.31   node1   <none>           <none>
test    1/1     Running   0          6h37m   10.244.1.32   node1   <none>           <none>
test1   1/1     Running   0          21m     10.244.2.45   node2   <none>           <none>
test2   1/1     Running   0          7s      10.244.2.49   node2   <none>           <none>

可以看到，虽然我们在node2上设置了污点，但因为我们在资源清单中定义了污点容忍，所以pod依旧能创建在node2上。