Kubernetes 亲和性 反亲和性 污点 容忍及维护驱逐

亲和性

官方网站：
https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/

（1）节点亲和性

pod.spec.nodeAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

（2）Pod 亲和性

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

简单理解：

假设你是一位旅行者，你打算去一个陌生的城市旅游。你可以把自己理解成一个Pod，而城市中的不同景点可以看作是节点。节点亲和性就是你更倾向于去那些有你感兴趣的景点所在的节点。
如果你一定要去某个特定的景点，比如博物馆，这就是硬策略；而如果你说你想去并且最好能去博物馆，但如果没有也可以去其他景点，这就是软策略。
另外，假设你有一个很好的朋友叫小明，他也打算去旅行。你倾向于和小明一起去旅游，这就是Pod亲和性。如果你一定要和小明一起去旅游，这就是硬策略；而如果你说你想和小明一起去旅游，但如果没有也可以独自旅行，这就是软策略。

//键值运算关系

●In：label 的值在某个列表中  pending
●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

#查看集群中所有节点的信息，并显示节点的标签。
kubectl get nodes --show-labels

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

mkdir /opt/affinity
cd /opt/affinity

vim pod1.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname #指定node的标签
            operator: NotIn    #设置Pod安装到kubernetes.io/hostname的标签值不在values列表中的node上
            values:
            - node02
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1

kubectl apply -f pod1.yaml

kubectl get pods -o wide

#先删除所有的 Pod，然后重新创建一个新的 Pod，并获取所有 Pod 的详细信息
kubectl delete pod --all && kubectl apply -f pod1.yaml && kubectl get pods -o wide
#如果硬策略不满足条件，Pod 状态一直会处于 Pending 状态。

//preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

vim pod2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity-1
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1   #如果有多个软策略选项的话，权重越大，优先级越高
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - node03  #有node03就选 没有也可以


kubectl apply -f pod2.yaml

kubectl get pods -o wide

//把values:的值改成node01，则会优先在node01上创建Pod

kubectl delete pod --all && kubectl apply -f pod2.yaml && kubectl get pods -o wide

//如果把硬策略和软策略合在一起使用，则要先满足硬策略之后才会满足软策略
//示例：

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:   #先满足硬策略，排除有kubernetes.io/hostname=node02标签的节点
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: NotIn
            values:
            - node02
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #再满足软策略，优先选择有xiaoma=a标签的节点
        - weight: 1
          preference:
            matchExpressions:
            - key: xiaoma
              operator: In
              values:
              - a

//Pod亲和性与反亲和性

调度策略			匹配标签	操作符										拓扑域支持		调度目标
nodeAffinity		主机		In, NotIn, Exists,DoesNotExist, Gt, Lt		否				指定主机
podAffinity			Pod			In, NotIn, Exists,DoesNotExist				是				Pod与指定Pod同一拓扑域
podAntiAffinity		Pod			In, NotIn, Exists,DoesNotExist				是				Pod与指定Pod不在同一拓扑域


kubectl label nodes node01 kgc=a
kubectl label nodes node02 kgc=a

//创建一个标签为 app=myapp01 的 Pod

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
	

kubectl apply -f pod3.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          37s   10.244.2.3   node01                          app=myapp01

//使用 Pod 亲和性调度，创建多个 Pod 资源

vim pod4.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp02
  labels:
    app: myapp02
spec:
  containers:
  - name: myapp02
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: kgc
		
#仅当节点和至少一个已运行且有键为“app”且值为“myapp01”的标签 的 Pod 处于同一拓扑域时，才可以将该 Pod 调度到节点上。 （更确切的说，如果节点 N 具有带有键 kgc 和某个值 V 的标签，则 Pod 有资格在节点 N 上运行，以便集群中至少有一个具有键 kgc 和值为 V 的节点正在运行具有键“app”和值 “myapp01”的标签的 pod。）
#topologyKey 是节点标签的键。如果两个节点使用此键标记并且具有相同的标签值，则调度器会将这两个节点视为处于同一拓扑域中。 调度器试图在每个拓扑域中放置数量均衡的 Pod。
#如果 kgc 对应的值不一样就是不同的拓扑域。比如 Pod1 在 kgc=a 的 Node 上，Pod2 在 kgc=b 的 Node 上，Pod3 在 kgc=a 的 Node 上，则 Pod2 和 Pod1、Pod3 不在同一个拓扑域，而Pod1 和 Pod3在同一个拓扑域。

kubectl apply -f pod4.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          15m   10.244.1.3   node01                          app=myapp01
myapp02   1/1     Running   0          8s    10.244.1.4   node01                          app=myapp02
myapp03   1/1     Running   0          52s   10.244.2.53  node02                          app=myapp03
myapp04   1/1     Running   0          44s   10.244.1.51  node01                          app=myapp03
myapp05   1/1     Running   0          38s   10.244.2.54  node02                          app=myapp03
myapp06   1/1     Running   0          30s   10.244.1.52  node01                          app=myapp03
myapp07   1/1     Running   0          24s   10.244.2.55  node02                          app=myapp03

//使用 Pod 反亲和性调度
示例1：

vim pod5.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp10
  labels:
    app: myapp10
spec:
  containers:
  - name: myapp10
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - myapp01
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

#如果节点处于 Pod 所在的同一拓扑域且具有键“app”和值“myapp01”的标签， 则该 pod 不应将其调度到该节点上。 （如果 topologyKey 为 kubernetes.io/hostname，则意味着当节点和具有键 “app”和值“myapp01”的 Pod 处于相同的拓扑域，Pod 不能被调度到该节点上。）

kubectl apply -f pod5.yam

l

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          44m   10.244.1.3   node01                          app=myapp01
myapp02   1/1     Running   0          29m   10.244.1.4   node01                          app=myapp02
myapp10   1/1     Running   0          75s   10.244.2.4   node02                          app=myapp03

示例2：

vim pod6.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp20
  labels:
    app: myapp20
spec:
  containers:
  - name: myapp20
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: kgc
		
//由于指定 Pod 所在的 node01 节点上具有带有键 kgc 和标签值 a 的标签，node02 也有这个kgc=a的标签，所以 node01 和 node02 是在一个拓扑域中，反亲和要求新 Pod 与指定 Pod 不在同一拓扑域，所以新 Pod 没有可用的 node 节点，即为 Pending 状态。
kubectl get pod --show-labels -owide
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01       1/1     Running   0          43s     10.244.1.68   node01                          app=myapp01
myapp20       0/1     Pending   0          4s                                        app=myapp03

kubectl label nodes node02 kgc=b --overwrite

kubectl get pod --show-labels -o wide
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01       1/1     Running   0          7m40s   10.244.1.68   node01                          app=myapp01
myapp21       1/1     Running   0          7m1s    10.244.2.65   node02                          app=myapp03

//污点(Taint) 和 容忍(Tolerations)
//污点(Taint)
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（但不一定）被调度到具有匹配 taint 的节点上。

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。

污点的组成格式如下：
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
●PreferNoSchedule：表示 k8s 将尽量避免将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上
●NoExecute：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

kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   11d   v1.20.11
node01   Ready       11d   v1.20.11
node02   Ready       11d   v1.20.11

//master 就是因为有 NoSchedule 污点，k8s 才不会将 Pod 调度到 master 节点上
kubectl describe node master
…
Taints: node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule

#设置污点

kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule

#节点说明中，查找 Taints 字段

kubectl describe node node-name  

#去除污点

kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-

kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp01   1/1     Running   0          4h28m   10.244.2.3   node02              
myapp02   1/1     Running   0          4h13m   10.244.2.4   node02              
myapp03   1/1     Running   0          3h45m   10.244.1.4   node01              

kubectl taint node node02 check=mycheck:NoExecute

//查看 Pod 状态，会发现 node02 上的 Pod 已经被全部驱逐（注：如果是 Deployment 或者 StatefulSet 资源类型，为了维持副本数量则会在别的 Node 上再创建新的 Pod）
kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp03   1/1     Running   0          3h48m   10.244.1.4   node01              

//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(Tolerations)，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。

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute

vim pod3.yaml
 
	
kubectl apply -f pod3.yaml

//在两个 Node 上都设置了污点后，此时 Pod 将无法创建成功
kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp01   0/1     Pending   0          17s                    

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  tolerations:
  - key: "check"
    operator: "Equal"
    value: "mycheck"
    effect: "NoExecute"
    tolerationSeconds: 3600

#其中的 key、vaule、effect 都要与 Node 上设置的 taint 保持一致
#operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值，即存在即可
#tolerationSeconds 用于描述当 Pod 需要被驱逐时可以在 Node 上继续保留运行的时间

kubectl apply -f pod3.yaml

//在设置了容忍之后，Pod 创建成功

kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp01   1/1     Running   0          10m   10.244.1.5   node01              

//其它注意事项
（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 node Master-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

//如果某个 Node 更新升级系统组件，为了防止业务长时间中断，可以先在该 Node 设置 NoExecute 污点，把该 Node 上的 Pod 都驱逐出去

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute

//此时如果别的 Node 资源不够用，可临时给 Master 设置 PreferNoSchedule 污点，让 Pod 可在 Master 上临时创建

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

//待所有 Node 的更新操作都完成后，再去除污点

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute-

维护操作
//cordon 和 drain
##对节点执行维护操作：

kubectl get nodes

//将 Node 标记为不可调度的状态，这样就不会让新创建的 Pod 在此 Node 上运行

kubectl cordon  		 #该node将会变为SchedulingDisabled状态

//kubectl drain 可以让 Node 节点开始释放所有 pod，并且不接收新的 pod 进程。drain 本意排水，意思是将出问题的 Node 下的 Pod 转移到其它 Node 下运行

kubectl drain  --ignore-daemonsets --delete-local-data --force

--ignore-daemonsets：无视 DaemonSet 管理下的 Pod。
--delete-local-data：如果有 mount local volume 的 pod，会强制杀掉该 pod。
--force：强制释放不是控制器管理的 Pod，例如 kube-proxy。

注：执行 drain 命令，会自动做了两件事情:
（1）设定此 node 为不可调度状态（cordon)
（2）evict（驱逐）了 Pod

//kubectl uncordon 将 Node 标记为可调度的状态

kubectl uncordon 

//Pod启动阶段（相位 phase）
Pod 创建完之后，一直到持久运行起来，中间有很多步骤，也就有很多出错的可能，因此会有很多不同的状态。
一般来说，pod 这个过程包含以下几个步骤：
（1）调度到某台 node 上。kubernetes 根据一定的优先级算法选择一台 node 节点将其作为 Pod 运行的 node
（2）拉取镜像
（3）挂载存储配置等
（4）运行起来。如果有健康检查，会根据检查的结果来设置其状态。

phase 的可能状态有：

●Pending：表示APIServer创建了Pod资源对象并已经存入了etcd中，但是它并未被调度完成（比如还没有调度到某台node上），或者仍然处于从仓库下载镜像的过程中。

●Running：Pod已经被调度到某节点之上，并且Pod中所有容器都已经被kubelet创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或者重启状态（也就是说Running状态下的Pod不一定能被正常访问）。

●Succeeded：有些pod不是长久运行的，比如job、cronjob，一段时间后Pod中的所有容器都被成功终止，并且不会再重启。需要反馈任务执行的结果。

●Failed：Pod中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非0状态退出或者被系统终止，比如 command 写的有问题。

●Unknown：表示无法读取 Pod 状态，通常是 kube-controller-manager 无法与 Pod 通信。

##故障排除步骤：
//查看Pod事件

kubectl describe TYPE NAME_PREFIX  

//查看Pod日志（Failed状态下）

kubectl logs  [-c Container_NAME]

//进入Pod（状态为running，但是服务没有提供）

kubectl exec –it  bash

//查看集群信息

kubectl get nodes

//发现集群状态正常

kubectl cluster-info

//查看kubelet日志发现

journalctl -xefu kubelet