Kubernetes亲和性学习笔记

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本篇概览

• 本文是欣宸在学习Kubernetes调度器的过程中，对亲和性相关知识点的整理和总结，这是一篇笔记性质的博客

  kubernetes默认调度器的调度过程：

• 调度过程如下：
• 预选（Predicates）
• 优选（Priorities）
• 选定（Select）

亲和性一览

• 这里将亲和性先分类，便于理解

  graph LR
  
  A(亲和性)-->B1(节点亲和性);
  A-->B2(Pod亲和性);
  B1-->C1(硬亲和性-required);
  B1-->C2(软亲和性-preferred);
  B2-->C3(硬亲和性-required);
  B2-->C4(软亲和性-preferred);
  B2-->C5(反亲和性);

  节点亲和性和pod亲和性的区别

• 举个例子，假设给小明分配班级（小明是pod，班级是节点）

1. 节点亲和性：直接告诉小明，你去一年级
2. pod亲和性：从小朋友中找出和小明同年的，找到了小张，发现小张是一年级的，于是让小明去一年级

节点亲和性：硬亲和性

• requiredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution：用于定义节点硬亲和性
• nodeSelectorTerm：节点选择器，可以有多个，之间的关系是逻辑或，即一个nodeSelectorTerm满足即可
• matchExpressions：匹配规则定义，多个之间的关系是逻辑与，即同一个nodeSelectorTerm下所有matchExpressions定义的规则都匹配，才算匹配成功

• 示例：

  apiVersion: v1
  kind: Pod
  metadata:
  name: with-required-nodeaffinity
  spec:
  affinity:
    nodeAffinity: 
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - {key: zone, operator: In, values: ["foo"]}
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

• 功能与nodeSelector类似，用的是匹配表达式，可以被理解为新一代节点选择器
• 不满足硬亲和性条件时，pod为Pending状态
• 在预选阶段，节点硬亲和性被用于预选策略MatchNodeSelector

节点亲和性：软亲和性

• 特点：条件不满足时也能被调度

• 示例：

  apiVersion: apps/v1
  kind: Deployment
  metadata:
  name: myapp-deploy-with-node-affinity
  spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: nginx
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 60
            preference:
              matchExpressions:
              - {key: zone, operator: In, values: ["foo"]}
          - weight: 30
            preference:
              matchExpressions:
              - {key: ssd, operator: Exists, values: []}
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

• 集群中的节点，由于标签不同，导致的优先级结果如下：

• 在优选阶段，节点软亲和性被用于优选函数NodeAffinityPriority
• 注意：NodeAffinityPriority并非决定性因素，因为优选阶段还会调用其他优选函数，例如SelectorSpreadPriority（将pod分散到不同节点以分散节点故障导致的风险）
• pod副本数增加时，分布的比率会参考节点亲和性的权重

Pod亲和性（podAffinity）

• 如果需求是：新增的pod要和已经存在pod(假设是A)在同一node上，此时用节点亲和性是无法完成的，因为A可能和节点没啥关系(可能是随机调度的)，此时只能用pod亲和性来实现
• pod亲和性：一个pod与已经存在的某个pod的亲和关系，需要通过举例来说明

1. 创建一个deployment，这个pod有标签app=tomcat：

kubectl run tomcat -l app=tomcat --image tomcat:alpine

2. 创建pod，需求是和前面的pod在一起，使用pod亲和性来实现：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-pod-affinity-1
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - {key: app, operator: In, values: ["tomcat"]}
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

3. 调度逻辑：

graph TD

A[1. 用matchExpressions的规则app=tomcat搜索] -->B(2. 找到tomcat的pod,也就确定了该pod的节点,假设是A节点)
B --> C(3. topologyKey是kubernetes.io/hostname,所以去找A节点kubernetes.io/hostname标签的值,假设是xxx)
C --> D(4. 将新的pod调度到kubernetes.io/hostname=xxx的节点)

4. 表面上看，最终只是根据hostname去调度的，但如果topologyKey的值是多个节点所拥有的，就更有通用性了，如下图，topologyKey等于filure-domain.beta.kubernetes.io/zone：

• 硬亲和：requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

• 软亲和：preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

  Pod反亲和（podAntiAffinity）

• 与亲和性相反，将当前pod调度到满足匹配条件之外的节点上
• 适用场景：
• 分散同一类应用
• 将不同安全级别的pod调度至不同节点
• 示例如下，匹配表达式和自身标签一致，作用是分散同一类应用，让相同pod不要调度到同一个节点：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-with-pod-anti-affinity
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      name: myapp
      labels:
        app: myapp
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - {key: app, operator: In, values: ["myapp"]}
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

• 如果集群中只有三个节点，那么执行上述yaml的结果就是最多创建三个pod，另一个始终处于pending状态

  参考

• 本篇笔记参考了以下文章，两张图片也来自该文章，致敬作者山山仙人博客
• https://www.ssgeek.com/post/kubernetes-pod-diao-du-zhi-qin-he...

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