【kubernetes详解07】-Pod详解之调度
目录
一、Pod调度介绍
二、定向调度
1、NodeName策略
2、NodeSelector策略
三、亲和性调度
1、NodeAffinity（节点亲和性）
2、PodAffinity（Pod亲和性）
3、PodAntiAffinity（Pod反亲和性）
四、污点和容忍
1、污点（Taints）
2、容忍（Toleration）
一、Pod调度介绍
在默认情况下，一个Pod在哪个Node节点上运行，是由Scheduler组件采用相应的算法计算出来的，这个过程是不受人工控制的。但是在实际使用中，这并不满足的需求，因为很多情况下，我们想控制某些Pod到达某些节点上，那么应该怎么做呢？这就要求了解kubernetes对Pod的调度规则，kubernetes提供了四大类调度方式：
-
自动调度：运行在哪个节点上完全由Scheduler经过一系列的算法计算得出
-
定向调度：NodeName（根据节点名调度）、NodeSelector（根据标签调度）
-
亲和性调度：NodeAffinity（节点亲和性）、PodAffinity（Pod亲和性）、PodAntiAffinity（Pod反亲和性）
-
污点（容忍）调度：Taints（node声明有污点）、Toleration（Pod声明容忍污点）
二、定向调度
定向调度，指的是利用在pod上声明nodeName或者nodeSelector，以此将Pod调度到期望的node节点上。注意，这里的调度是强制的，这就意味着即使要调度的目标Node不存在，也会向上面进行调度，只不过pod运行失败而已。
1、NodeName策略
NodeName用于强制约束将Pod调度到指定的Name的Node节点上。这种方式，其实是直接跳过Scheduler的调度逻辑，直接将Pod调度到指定名称的节点。
接下来，实验一下：创建一个pod-nodename.yaml文件：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodename
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
nodeName: node1 # 指定调度到node1节点上，注意此字段是pod属性，所以和containers在同一列【补充】：kubectl集群节点名nodeName称可以通过kubectl get nodes查看
创建并观察pod：
kubectl create -f pod-nodename.yaml
kubectl get pods pod-nodename -n dev -o wide
接下来，删除pod，修改nodeName的值为node3（并没有node3节点）：
kubectl delete -f pod-nodename.yaml
vim pod-nodename.yaml #修改yaml，将调度节点由node1改为node3（实际没有node3节点）
kubectl create -f pod-nodename.yaml
kubectl get pods pod-nodename -n dev -o wide
如上图，发现已经向node3节点调度，但是由于不存在node3节点，所以pod无法正常运行。
2、NodeSelector策略
NodeSelector用于将pod调度到添加了指定标签的node节点上。它是通过kubernetes的label-selector机制实现的，也就是说，在pod创建之前，会由scheduler使用MatchNodeSelector调度策略进行label匹配，找出目标node，然后将pod调度到目标节点，该匹配规则是强制约束。简单的说就是给kubectl集群的node节点打上标签，然后调度器将pod调度到指定标签的node上。
接下来，实验一下：
（1）、首先分别为node节点添加标签
# 在master节点执行，给node1和node2打上标签
kubectl label nodes node1 nodeenv=pro
kubectl label nodes node2 nodeenv=test
查看node标签：
kubectl get nodes --show-labels
（2）、创建一个pod-nodeselector.yaml文件，并使用它创建Pod
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodeselector
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
nodeSelector:
nodeenv: pro # 指定调度到具有nodeenv=pro标签的节点上创建并观察Pod：
kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
kubectl get pods pod-nodeselector -n dev -o wide
如上图，查看Pod调度到NODE属性，确实是调度到了node1节点上。
接下来，删除pod，修改nodeSelector的值为nodeenv: xxxx（不存在打有此标签的节点）：
kubectl delete -f pod-nodeselector.yaml
vim pod-nodeselector.yaml #将nodeSelector.nodeenv的标签名随便换成一个不存在的，观察现象
kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
kubectl get pods pod-nodeselector -n dev -o wide
# 查看失败详情
kubectl describe pod pod-nodeselector -n dev 
三、亲和性调度
上面介绍了两种定向调度的方式，使用起来非常方便，但是也有一定的问题，那就是如果没有满足条件的Node，那么Pod将不会被运行，即使在集群中还有可用Node列表也不行，这就限制了它的使用场景。
基于上面的问题，kubernetes还提供了一种亲和性调度（Affinity）。它在NodeSelector的基础之上的进行了扩展，可以通过配置的形式，实现优先选择满足条件的Node进行调度，如果没有，也可以调度到不满足条件的节点上，使调度更加灵活。
Affinity主要分为三类：
-
nodeAffinity(node亲和性）: 以node为目标，解决pod可以调度到哪些node的问题
-
podAffinity(pod亲和性) : 以pod为目标，解决pod可以和哪些已存在的pod部署在同一个拓扑域中的问题
-
podAntiAffinity(pod反亲和性) : 以pod为目标，解决pod不能和哪些已存在pod部署在同一个拓扑域中的问题
关于亲和性(反亲和性)使用场景的说明：
亲和性：如果两个应用频繁交互，那就有必要利用亲和性让两个应用的尽可能的靠近，这样可以减少因网络通信而带来的性能损耗。
反亲和性：当应用的采用多副本部署时，有必要采用反亲和性让各个应用实例打散分布在各个node上，这样可以提高服务的高可用性。
1、NodeAffinity（节点亲和性）
首先来看一下NodeAffinity的可配置项：
pod.spec.affinity.nodeAffinity
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution Node节点必须满足指定的所有规则才可以，相当于硬限制（找不到会调度失败）
nodeSelectorTerms 节点选择列表
matchFields 按节点字段列出的节点选择器要求列表
matchExpressions 按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持Exists（存在）, DoesNotExist（不存在）, In（范围）, NotIn（范围取反）, Gt（大于）, Lt（小于）
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 优先调度到满足指定的规则的Node，相当于软限制 (倾向，找不到不会调度失败)
preference 一个节点选择器项，与相应的权重相关联
matchFields 按节点字段列出的节点选择器要求列表
matchExpressions 按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt
weight 倾向权重，在范围1-100。关系符operator的使用说明：
关系符的使用说明:
- matchExpressions:
- key: nodeenv # 匹配存在标签的key为nodeenv的节点，只匹配key就行
operator: Exists
- key: nodeenv # 匹配标签的key为nodeenv,且value是"xxx"或"yyy"的节点，key和value都要匹配
operator: In
values: ["xxx","yyy"]
- key: nodeenv # 匹配标签的key为nodeenv,且value大于"xxx"的节点
operator: Gt
values: "xxx"a、硬限制演示
接下来首先演示一下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（硬限制） ,
创建pod-nodeaffinity-required.yaml，内容如下：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodeaffinity-required
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
nodeAffinity: #设置node亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签，实际没有设置此标签，所以会匹配失败
- key: nodeenv
operator: In
values: ["xxx","yyy"]创建并查看Pod：
kubectl create -f pod-nodeaffinity-required.yaml
kubectl get pods pod-nodeaffinity-required -n dev -o wide
如上图可以看到Pod运行失败，下面查看失败详情：
kubectl describe pod pod-nodeaffinity-required -n dev
接下来，删除无法匹配Pod，更改yaml，演示能够成功匹配的场景：
kubectl delete -f pod-nodeaffinity-required.yaml
vim pod-nodeaffinity-required.yaml # 将values: ["xxx","yyy"]------> ["pro","yyy"]，node1标签是pro
kubectl create -f pod-nodeaffinity-required.yaml
kubectl get pods pod-nodeaffinity-required -n dev -o wide
b、软限制演示
接下来再演示一下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（软限制） ,
创建pod-nodeaffinity-preferred.yaml，内容如下：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodeaffinity-preferred
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
nodeAffinity: #设置node亲和性
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 软限制
- weight: 1
preference:
matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签(当前环境没有)
- key: nodeenv
operator: In
values: ["xxx","yyy"]创建和查看Pod信息：
kubectl create -f pod-nodeaffinity-preferred.yaml
kubectl get pod pod-nodeaffinity-preferred -n dev
如上图可以看到，在软限制中，即使没有匹配到，pod也能成功运行。
NodeAffinity规则设置的注意事项：
1 如果同时定义了nodeSelector和nodeAffinity，那么必须两个条件都得到满足，Pod才能运行在指定的Node上
2 如果nodeAffinity指定了多个nodeSelectorTerms，那么只需要其中一个能够匹配成功即可
3 如果一个nodeSelectorTerms中有多个matchExpressions ，则一个节点必须满足所有的才能匹配成功
4 如果一个pod所在的Node在Pod运行期间其标签发生了改变，不再符合该Pod的节点亲和性需求，则系统将忽略此变化（即只在调度的时候生效，调度完就不做检查了）
2、PodAffinity（Pod亲和性）
PodAffinity主要实现以运行的Pod为参照，实现让新创建的Pod跟参照pod在一个区域的功能。
首先来看一下PodAffinity的可配置项：
pod.spec.affinity.podAffinity
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬限制
namespaces 指定参照pod的namespace
topologyKey 指定调度作用域
labelSelector 标签选择器
matchExpressions 按节点标签列出的节点选择器要求列表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist.
matchLabels 指多个matchExpressions映射的内容
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软限制
podAffinityTerm 选项
namespaces
topologyKey
labelSelector
matchExpressions
key 键
values 值
operator
matchLabels
weight 倾向权重，在范围1-100topologyKey用于指定调度时作用域,例如:
如果指定为kubernetes.io/hostname，那就是以Node节点为区分范围
如果指定为beta.kubernetes.io/os,则以Node节点的操作系统类型来区分
关于weight权重的解释：
这里weight权重的作用是，一个pod节点可以有多个软策略，每个软策略可以有不同的权重，然后根据权重由高到选择不同软策略，直到选中符合条件的节点。如果设置了多个软策略，权重价值就体现出来了。比如张三节点权重为4，先看看三节点符不符合选中条件，不符合，再看权重为3的李四节点符不符合选中条件...直到找到符合选中条件的节点。
接下来，演示下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，
（1）首先创建一个参照Pod，pod-podaffinity-target.yaml：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-podaffinity-target
namespace: dev
labels:
podenv: pro #设置标签
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
nodeName: node1 # 将目标pod名确指定到node1上启动Pod：
kubectl create -f pod-podaffinity-target.yaml
kubectl get pods pod-podaffinity-target -n dev -o wide --show-labels
（2）、创建pod-podaffinity-required.yaml，内容如下：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-podaffinity-required
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
podAffinity: #设置pod亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
- labelSelector: #标签选择器
matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签
- key: podenv
operator: In
values: ["xxx","yyy"]
topologyKey: kubernetes.io/hostname #调度作用域，即如果匹配到，就调度到目标pod同一节点上上面配置表达的意思是：新Pod必须要与拥有标签nodeenv=xxx或者nodeenv=yyy的pod在同一Node上，显然现在没有这样pod，接下来，运行测试一下：
kubectl create -f pod-podaffinity-required.yaml
#查看pod状态，发现未运行
kubectl get pods pod-podaffinity-required -n dev
查看详细信息：
kubectl describe pods pod-podaffinity-required -n dev
接下来修改 values: ["xxx","yyy"]----->values:["pro","yyy"]
意思是：新Pod必须要与拥有标签nodeenv=xxx或者nodeenv=yyy的pod在同一Node上
kubectl delete -f pod-podaffinity-required.yaml
# 修改 values: ["xxx","yyy"]----->values:["pro","yyy"]
vim pod-podaffinity-required.yaml
kubectl create -f pod-podaffinity-required.yaml
kubectl get pods pod-podaffinity-required -n dev
关于PodAffinity的 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，这里不再演示。
3、PodAntiAffinity（Pod反亲和性）
PodAntiAffinity主要实现以运行的Pod为参照，让新创建的Pod跟参照pod不在一个区域中的功能。
它的配置方式和选项跟PodAffinty是一样的，这里不再做详细解释，直接做一个测试案例。
（1）继续使用上个案例中目标pod
kubectl get pods pod-podaffinity-required pod-podaffinity-target -n dev -o wide --show-labels
（2）、创建pod-podantiaffinity-required.yaml，内容如下：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-podantiaffinity-required
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
podAntiAffinity: #设置pod亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
- labelSelector:
matchExpressions: # 匹配podenv的值在["pro"]中的标签
- key: podenv
operator: In
values: ["pro"]
topologyKey: kubernetes.io/hostname上面配置表达的意思是：新Pod必须要与拥有标签nodeenv=pro的pod不在同一Node上，运行测试一下：
kubectl create -f pod-podantiaffinity-required.yaml
kubectl get pods pod-podantiaffinity-required -n dev -o wide
如上图可以看到，已调度至node2节点。
四、污点和容忍
1、污点（Taints）
前面的调度方式都是站在Pod的角度上，通过在Pod上添加属性，来确定Pod是否要调度到指定的Node上，其实我们也可以站在Node的角度上，通过在Node上添加污点属性，来决定是否允许Pod调度过来。
Node被设置上污点之后就和Pod之间存在了一种相斥的关系，进而拒绝Pod调度进来，甚至可以将已经存在的Pod驱逐出去。
污点的格式为：key=value:effect， key和value是污点的标签，effect描述污点的作用，支持如下三个选项：
-
PreferNoSchedule：kubernetes将尽量避免把Pod调度到具有该污点的Node上，除非没有其他节点可调度
-
NoSchedule：kubernetes将不会把Pod调度到具有该污点的Node上，但不会影响当前Node上已存在的Pod
-
NoExecute：kubernetes将不会把Pod调度到具有该污点的Node上，同时也会将Node上已存在的Pod驱离
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 key=value:effect
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key:effect-
# 去除所有污点
kubectl taint nodes node1 key-接下来，演示下污点的效果：
-
准备节点node1（为了演示效果更加明显，暂时停止node2节点，只有master和node1节点）
-
为node1节点设置一个污点:
tag=arvin:PreferNoSchedule；然后创建pod1( pod1 可以 ) -
修改为node1节点设置一个污点:
tag=arvin:NoSchedule；然后创建pod2( pod1 正常 pod2 失败 ) -
修改为node1节点设置一个污点:
tag=arvin:NoExecute；然后创建pod3 ( 3个pod都失败 )
操作步骤：
为避免干扰，先将所有历史pod删除，，可以直接删除dev namespace并重新创建，然后将node2节点从kubectl集群剔除，只保留node1和master：
kubectl delete ns dev
kubectl delete node node2
kubectl create ns deva、为node1设置污点（PreferNoSchedule）
kubectl taint nodes node1 tag=arvin:PreferNoSchedule创建Pod taint1：
kubectl run taint1 --image=nginx:1.17.1 -n dev
kubectl get pods -n dev
b、为node1设置污点(取消PreferNoSchedule，设置NoSchedule)
kubectl taint nodes node1 tag:PreferNoSchedule-
kubectl taint nodes node1 tag=arvin:NoSchedule创建Pod taint2：
kubectl run taint2 --image=nginx:1.17.1 -n dev
kubectl get pods -n dev -o wide
如上图可以看到，设置为 NoSchedule污点后，原来的Pod可以继续运行，新增的Pod无法运行。
c、为node1设置污点(取消NoSchedule，设置NoExecute)
kubectl taint nodes node1 tag:NoSchedule-
kubectl taint nodes node1 tag=arvin:NoExecute创建Pod taint3：
kubectl run taint3 --image=nginx:1.17.1 -n dev
kubectl get pods -n dev -o wide
如上图可以看到，node1设置为NoExecute污点后，原来的和新增的Pod都无法运行了。
【小提示】：
使用kubeadm搭建的集群，默认就会给master节点添加一个污点标记，所以pod就不会调度到master节点上。
可以查看节点master节点污点信息：
# 可以看到master节点自带了一个NoSchedule污点
kubectl describe node master
2、容忍（Toleration）
上面介绍了污点的作用，我们可以在node上添加污点用于拒绝pod调度上来，但是如果就是想将一个pod调度到一个有污点的node上去，这时候应该怎么做呢？这就要使用到容忍。
污点就是拒绝，容忍就是忽略，Node通过污点拒绝pod调度上去，Pod通过容忍忽略拒绝
下面先通过一个案例看下效果：
-
上面污点章节，已经在node1节点上打上了
NoExecute的污点，此时pod是调度不上去的 -
本节容忍章节，可以通过给pod添加容忍，然后将其调度上去
创建pod-toleration.yaml,内容如下：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-toleration
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
tolerations: # 添加容忍
- key: "tag" # 要容忍的污点的key
operator: "Equal" # 操作符-等于，联系上下配置即：tag=arvin
value: "arvin" # 容忍的污点的value
effect: "NoExecute" # 添加容忍的规则，这里必须和标记的污点规则相同查看之前未添加容忍的Pod：
kubectl get pods -n dev -o wide
创建容忍Pod pod-toleration：
kubectl create -f pod-toleration.yaml
kubectl get pods -n dev -o wide
如上图可以看到，容忍Pod可以成功调度运行到带NoExecute污点的node1上。
查看容忍的详细配置：
[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.tolerations
......
FIELDS:
key # 对应着要容忍的污点的键，空意味着匹配所有的键
value # 对应着要容忍的污点的值
operator # key-value的运算符，支持Equal和Exists，默认值是Exists（存在），指的是对key键操作，配Exists就不用配value了，只匹配是否存在对应tag就行
effect # 对应污点的effect，空意味着匹配所有影响
tolerationSeconds # 容忍时间, 当effect为NoExecute时生效，表示pod在Node上的停留时间，指多长时间将赶走已存在的Pod