Kubernetes 集群调度（节点亲和性、Pod亲和性、Taint与Toleration）

引导：现在发觉每次pod调度都是随机事件，不知道pod会被调度到哪一个节点

一、简介

Scheduler 是 kubernetes 的调度器，主要的任务是把定义的 pod 分配到集群的节点上。听起来非常简单，但有很多要考虑的问题：

• 公平：如何保证每个节点都能被分配资源
• 资源高效利用：集群所有资源最大化被使用
• 效率：调度的性能要好，能够尽快地对大批量的 pod 完成调度工作
• 灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑

Scheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直坚挺 API Server，获取PodSpec.NodeName为空的 pod，对每个 pod 都会创建一个 binding（必须遵守的），表明该 pod 应该放到哪个节点上

二、调度过程

调度分为几个部分：

1. 首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为predicate（预选）；
2. 然后对通过的节点按照优先级排序，这个是priority（优选）；
3. 最后从中选择优先级最高的节点。
   如果中间任何一步骤有错误，就直接返回错误（先预选，后优选）

Predicate（预选）有一系列的算法可以使用：

• PodFitsResources：节点上剩余的资源是否大于 pod 请求的资源
• PodFitsHost：如果 pod 指定了 NodeName，检查节点名称是否和 NodeName 匹配
• PodFitsHostPorts：节点上已经使用的 port 是否和 pod 申请的 port 冲突
• PodSelectorMatches：过滤掉和 pod 指定的 label 不匹配的节点
• NoDiskConflict：已经 mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不冲突，除非它们都是只读

如果在 predicate 过程中没有合适的节点，pod 会一直在pending状态（pending：等待），不断重试调度，直到有节点满足条件。经过这个步骤，如果有多个节点满足条件，就继续 priorities 过程：按照优先级大小对节点排序

优先级由一系列键值对组成，键是该优先级项的名称，值是它的权重（该项的重要性）。这些优先级选项包括：

• LeastRequestedPriority：通过计算 CPU 和 Memory 的使用率来决定权重，使用率越低权重越高。换句话说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点

• BalancedResourceAllocation：节点上 CPU 和 Memory 使用率越接近，权重越高。这个应该和上面的一起使用，不应该单独使用

• ImageLocalityPriority：倾向于已经有要使用镜像的节点，镜像总大小值越大，权重越高

通过算法对所有的优先级项目和权重进行计算，得出最终的结果

三、自定义调度器

除了 kubernetes 自带的调度器，你也可以编写自己的调度器。通过spec:schedulername参数指定调度器的名字，可以为 pod 选择某个调度器进行调度。比如下面的 pod 选择my-scheduler进行调度，而不是默认的default-scheduler：

四、节点亲和性（pod与node的亲和性）

pod.spec.nodeAffinity

• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（优先执行计划）：软策略
• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（要求执行计划）：硬策略

preferred：首选，较喜欢
required：需要，必修

键值运算关系

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

1、硬策略：requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

#节点硬策略。排除node02，只能在node01上运行
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:            #亲和性
    nodeAffinity:        #node亲和性
      # 硬亲和性限制
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname # 标签键名
            operator: NotIn      #键值运算关系 ，NotIn:label的值不在某个列表中。 表示不是node02节点就可运行
            values:
            - k8s-node02 # 标签键值

kubectl get node --show-labels
mkdir affi
cd affi
vim pod1.yaml
kubectl create -f pod1.yaml
kubectl get pod -o wide

kubectl delete pod --all && kubectl create -f pod1.yaml && kubectl get pod -o wide

 
把pod1.yaml改为In node3

然而实际并没有node3节点，因此一直处于Pending状态，这就是硬策略

2、软策略：preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
如果有的话就在上面运行，没有的话就算了
vim pod2.yaml

#软策略
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity2
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1   #权重，权重越大越亲和(多个软策略的情况)
        preference: 
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - k8s-node03  # 期望是node03

 查看：kubectl get node --show-labels

3、软硬策略（先满足硬策略再满足软策略）

#软硬合体
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity2
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:        #node亲和性
      # 硬亲和性限制
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname # 标签键名
            operator: NotIn      #键值运算关系 ，NotIn:label的值不在某个列表中。 表示不是node02节点就可运行
            values:
            - k8s-node02 # 标签键值
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1   #权重，权重越大越亲和(多个软策略的情况)
        preference: 
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - k8s-node03  # 期望是node03

五、Pod亲和性（pod与pod之间的亲和性）

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity

• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

亲和性/反亲和性调度策略比较如下：

 
kubectl get pod --show-labels

vim pod3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-3
  labels:
    app: pod-3
spec:
  containers:
  - name: pod-3
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    #想让两个pod运行在同一个node上
    podAffinity:
      #硬策略
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:  #标签选择
          matchExpressions:
          - key: app #当app存在node-affinity-pod时就选择
            operator: In
            values: 
            - node-affinity-pod
        topologyKey: kubernetes.io/hostname 
        #hostname判断是否在同一个pod，唯一

发觉处于同一个拓扑域topologyKey

 
vim pod4.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-4
  labels:
    app: pod-4
spec:
  containers:
  - name: pod-4
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    #不想让两个pod运行在同一个node上
    #匹配标签如果app=pod-2，那么则不运行在这个节点
    podAntiAffinity:
      #软策略
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app #匹配app=node-affinity-pod
              operator: In
              values:
              - node-affinity-pod
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

补充：如果标签不满足的情况，改标签的话就能满足
kubectl label pod podname app=label --overwrite=true

 

六、Taint 和 Toleration

节点亲和性，是pod的一种属性（偏好或硬性要求），它使pod被吸引到一类特定的节点。Taint 则相反，它使节点能够排斥一类特定的 pod

Taint 和 toleration 相互配合，可以用来避免 pod 被分配到不合适的节点上。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）被调度到具有匹配 taint 的节点上

污点 (Taint)

1、污点 ( Taint ) 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。当前 taint effect 支持如下三个选项：

• NoSchedule：表示k8s将不会将Pod调度到具有该污点的Node上
  （K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能再调度过来，但是老的运行在node上不受影响）
• PreferNoSchedule：表示k8s将不会将Pod调度到具有该污点的Node上，同时会将Node上已经存在的Pod驱逐出去（pod会尝试将pod分配到该节点）
• NoExecute：表示k8s将尽量避免将Pod调度到具有该污点的Node上
  （K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能调度过来，老的pod也会被驱逐）

这也是为什么生成的pod不会分配到master的原因（因为天生就打了这个污点NoSchedule）

2、污点的设置、查看和去除

#查看节点污点
模板：kubectl describe node node-name
kubectl describe node k8s-node01

# 设置污点
模板：kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
kubectl taint nodes k8s-node01 check=guozige:NoExecute 
因为pod是自主式pod，没有控制器控制的pod。去除后就不存在了
如果是Deployment和StatefullSet，它就会在node02上创建，维持副本数

# 节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe node k8s-node01

# 去除污点
模板：kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule-
kubectl taint nodes k8s-node01 check=guozige:NoExecute-

设置污点测试

 

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

pod.spec.tolerations

tolerations:  #containers同级
- key: "check"  #能容忍的污点key
  operator: "Equal"  #Equal等于表示key=value ， Exists不等于，表示当值不等于下面value正常
  value: "guozige"  #值
  effect: "NoExecute"  #effect策略
  tolerationSeconds: 3600  #原始的pod多久驱逐，注意只有effect: "NoExecute"才能设置，不然报错

• 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

vim pod3.yaml
kubectl apply -f pod3.yaml
kubectl get pod -o wide
容忍污点

 
1、当不指定 key 值时，表示容忍所有的污点 key：

tolerations:
- operator: "Exists"

2、当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用

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

3、有多个 Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置

kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

PreferNoSchedule
尽可能不在该节点上运行，只有当节点资源不够用才运行

配置节点故障后Pod重新调度的时间

例如下面的配置文件，对于notReady和unreachable状态的节点，其上的Pod等待300秒，如果仍未恢复，则会停止执行。

 

八、指定调度节点

亲和性和污点，容忍都比较含蓄。
指定调度节点是绝对指定目标，就要这个

1、Pod.spec.nodeName 将 Pod 直接调度到指定的 Node 节点上，会跳过 Scheduler 的调度策略，该匹配规则是强制匹配
vim pod5.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 7
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      nodeName: k8s-node01 #指定全在node01
      containers:
      - name: myweb
        image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80

2、Pod.spec.nodeSelector：通过 kubernetes 的 label-selector 机制选择节点，由调度器调度策略匹配 label，而后调度 Pod 到目标节点，该匹配规则属于强制约束

vim pod6.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: myweb66
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb66
  spec:
    nodeSelector:
      disk: ssd  #硬盘必须是ssd类型才运行
      #type: backEndNode1 #标签名，标签值
    containers:
    - name: myweb66
      image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
      ports:
      - containerPort: 80

测试验证

kubectl label node k8s-node01 disk=ssd


kubectl label node k8s-node02 disk=ssd
kubectl edit deployment myweb66  增加副本数目
kubectl get pod 发现有些在node02上了