【云原生之k8s】k8s 调度--亲和、反亲和、污点、容忍

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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一、K8s调度

• 1.调度器通过kubernetes的list-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。
• 2.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。
• 3.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。

二、亲和与反亲和

1、Pod和Node

• 1.从pod出发，可以分成亲和性和反亲和性，分别对应podAffinity和podAntiAffinity。
• 2.从node出发，也可以分成亲和性和反亲和性，分别对应nodeAffinity和nodeAntiAffinity。
• 3.从操作指令来讲，可以有ln、Notln、Exists、DoesNotExist等等。

针对亲和性来讲，in代表我要调度到有这个标签的位置
针对反亲和性来讲，in代表我不要调度到有这个标签的位置

2、硬亲和和软亲和

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软亲和

软策略：结合下面的 “operator: NotIn”，意思就是尽量不要将 pod 调度到匹配到的节点，但是如果没有不匹配的节点的话，也可以调度到匹配到的节点。

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬亲和

硬策略：结合下面的 “operator: In”，意思就是必须调度到满足条件的节点上，否则就等着 Pending。

不管哪种方式，最终还是要依赖 label 标签。

kubectl get pods -n company ai-action-statistic-gray-86465f9c4b-hdfk4 -oyaml | grep nodeSelector -B 5 -A 5
  uid: ed47f094-f70a-45ed-b7dd-d46f2d01986f
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:    #硬策略
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: node-role.kubernetes.io/gray
            operator: In
            values:
            - gray
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #软策略
          - weight: 1
            preference:
              matchExpressions:
              - key: pc-app
                operator: NotIn
                values:
                - luna

三、污点与容忍

K8s 每个节点上都可以应用一个或多个 taint ，这表示对于那些不能容忍这些 taint 的 pod，是不会被该节点接受的。如果将 toleration 应用于 pod 上，则表示这些 pod 可以（但不要求）被调度到具有相应 taint 的节点上。

1、污点（Taint）

如果一个节点被标记为有污点，那么意味着不允许pod调度到该节点，除非pod也被标记为可以容忍污点节点。
在使用kubeadm部署的k8s集群的时候应该会发现，通常情况下，应用是不会调度到master节点的。因为kubeadm部署的k8s集群默认给master节点加了Taints（污点）。

1.1 污点的组成

使用kubectl taint命令可以给某个Node节点设置污点，Node被设置上污点之后就和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已经存在的Pod驱逐出去。

每个污点的组成如下：

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。

污点有三种策略：

• 1.PreferNoSchedule:NoSchedule的软策略版本，表示尽量不调度到污点节点上去。
• 2.NoExecute:该选项意味着一旦Taint生效，如该节点内正在运行的Pod没有对应容忍（Tolerate）设置，则会直接被逐出。
• 3.NoSchedule：表示k8s将不会将Pod调度到具有该污点的Node上

1.2 污点的设置和去除

使用kubectl设置和去除污点的命令示例如下：

# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key1:NoSchedule-

接下来看一个具体的例子，使用kubeadm部署和初始化的Kubernetes集群，master节点被设置了一个node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule的污点，可以使用kubectl describe node 命令查看。这个污点表示默认情况下master节点将不会调度运行Pod，即不运行工作负载。对于使用二进制手动部署的集群设置和移除这个污点的命令如下：

kubectl taint nodes <node-name> node-role.kubernetes.io/master=:NoSchedule
kubectl taint nodes <node-name> node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule-

2、容忍（Tolerations）

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)，意思是设置了容忍的Pod将可以容忍污点的存在，可以被调度到存在污点的Node上。

2.1 Toleration 基本用法

pod 的 Toleration 声明中的 key 和 effect 需要与 Taint 的设置保持一致，并且满足以下条件之一：

• 1.operator 的值为 Exists，这时无需指定 value
• 2.operator 的值为 Equal 并且 value 相等
• 3.如果不指定 operator，则默认值为 Equal。

另外还有如下两个特例：

• 1.空的 key 配合 Exists 操作符能够匹配所有的键和值

• 2.空的 effect 匹配所有的 effect
  上面的例子中 effect 的取值为 NoSchedule，下面对 effect 的值作下简单说明：

• 1.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

• 2.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。

• 3.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：

• 1.没有设置 Toleration 的 Pod 会被立刻驱逐

• 2.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

• 3.配置了对应 Toleration 的 pod 且指定了 tolerationSeconds 值，则会在指定时间后驱逐

2.2 Toleration案例

tolerations:
 - key: "key1"
operator: "Equal"
value: "value1"
effect: "NoSchedule"
tolerationSeconds: 3600
 - key: "key1"
operator: "Equal"
value: "value1"
effect: "NoExecute"
 - key: "key2"
operator: "Exists"
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
  下面看一下在Pod上设置容忍的两个特例：

示例1: 当不指定key值时，表示容忍所有的污点key：

tolerations:
- operator: "Exists"

示例2：当不指定effect值时，表示容忍所有的污点作用：

tolerations:
- key: "key"
operator: "Exists"

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。

3、多污点与多容忍配置

**系统允许在同一个 node 上设置多个 taint，也可以在 pod 上设置多个 Toleration。**Kubernetes 调度器处理多个 Taint 和 Toleration 能够匹配的部分，剩下的没有忽略掉的 Taint 就是对 Pod 的效果了。下面是几种特殊情况：

• 1.如果剩余的 Taint 中存在 effect=NoSchedule，则调度器不会把该 pod 调度到这一节点上。
• 2.如果剩余的 Taint 中没有 NoSchedule 的效果，但是有 PreferNoSchedule 效果，则调度器会尝试不会 pod指派给这个节点
• 3.如果剩余 Taint 的效果有 NoExecute 的，并且这个 pod已经在该节点运行，则会被驱逐；如果没有在该节点运行，也不会再被调度到该节点上。

kubectltaint nodes node1 key1=value1:NoSchedule  
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoExecute  
kubectl taint nodes node1 key2=value2:NoSchedule