亲和性与反亲和性学习

本文参考摘抄于kubernetes官方文档，参考地址：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/#node-affinity

nodeSelector 提供了一种最简单的方法来将 Pod 约束到具有特定标签的节点上。 亲和性和反亲和性扩展了你可以定义的约束类型。使用亲和性与反亲和性的一些好处有
1.亲和性、反亲和性语言的表达能力更强。nodeSelector 只能选择拥有所有指定标签的节点。 亲和性、反亲和性为你提供对选择逻辑的更强控制能力。
2.你可以标明某规则是“软需求”或者“偏好”，这样调度器在无法找到匹配节点时仍然调度该 Pod。
3.你可以使用节点上（或其他拓扑域中）运行的其他 Pod 的标签来实施调度约束， 而不是只能使用节点本身的标签。这个能力让你能够定义规则允许哪些 Pod 可以被放置在一起。

亲和性功能由两种类型的亲和性组成：
（1）节点亲和性功能类似于 nodeSelector 字段，但它的表达能力更强，并且允许你指定软规则。
（2）Pod 间亲和性/反亲和性允许你根据其他 Pod 的标签来约束 Pod

节点亲和性
节点亲和性概念上类似于 nodeSelector， 它使你可以根据节点上的标签来约束 Pod 可以调度到哪些节点上。 节点亲和性有两种：
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution： 调度器只有在规则被满足的时候才能执行调度。此功能类似于 nodeSelector， 但其语法表达能力更强。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution： 调度器会尝试寻找满足对应规则的节点。如果找不到匹配的节点，调度器仍然会调度该 Pod。

可以使用 Pod 规约中的 .spec.affinity.nodeAffinity 字段来设置节点亲和性。 例如，考虑下面的 Pod 规约

#分别在k8s-master3，和k8s-node1 两个节点上分别加上app=host1标签
[root@k8s-master1 node]# kubectl label node k8s-node1 app=host1 --overwrite
node/k8s-node1 labeled
[root@k8s-master1 node]# kubectl label node k8s-master3 app=host1 --overwrite
node/k8s-master3 labeled
#单独在k8s-node上增加一个apps=host1的标签
[root@k8s-master1 node]# kubectl label node k8s-node1 apps=host1 --overwrite
node/k8s-node1 not labeled

创建node亲和性的pod的

[root@k8s-master1 node]# cat pod-with-node-affinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
  namespace: app
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:         #必须条件：app=host1标签的节点
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - host1
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:        #非必要条件存在的优先apps=host1
      - weight: 50                                            #权重
        preference:
          matchExpressions:
          - key: apps
            operator: In
            values:
            - host1
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: nginx
由于咱们在k8s-node1节点上配置了app=host1和apps=host1两个标签，所以容器优先分配到k8s-node1节点
[root@k8s-master1 node]# kubectl get pods -n app -o wide
NAME                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE          NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx                1/1     Running   0          64m   10.10.135.202   k8s-master3   <none>           <none>
with-node-affinity   1/1     Running   0          49s   10.10.36.115    k8s-node1     <none>           <none>

节点亲和性权重
你可以为 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 亲和性类型的每个实例设置 weight 字段，其取值范围是 1 到 100。 当调度器找到能够满足 Pod 的其他调度请求的节点时，调度器会遍历节点满足的所有的偏好性规则， 并将对应表达式的 weight 值加和。

最终的加和值会添加到该节点的其他优先级函数的评分之上。 在调度器为 Pod 作出调度决定时，总分最高的节点的优先级也最高。

[root@k8s-master1 node]# kubectl get nodes --show-labels |grep -E 'app|apps'
k8s-master3   Ready    <none>   35d   v1.22.1   app=host1,apps=host2,beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,ingress=true,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master3,kubernetes.io/os=linux,topology.kubernetes.io/zone=antarctica-east1
k8s-node1     Ready    <none>   53d   v1.22.1   another-node-label-key=another-node-label-value,app.kubernetes.io/instance=tomcat,app.kubernetes.io/managed-by=Helm,app.kubernetes.io/name=tomcat,app.kubernetes.io/version=10.1.15,app=host1,apps=host1,beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,helm.sh/chart=tomcat-10.11.0,ingress=true,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node1,kubernetes.io/os=linux,pod-template-hash=7b7447795c,topology.kubernetes.io/zone=antarctica-east1

|节点| 标签 |
|--|--|
|  k8s-node1| app=host1，apps=host1 |
|  k8s-master3| app=host1，apps=host2 |


[root@k8s-master1 node]# cat pod-with-node-anti-affinity.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-affinity-anti-affinity
  namespace: app
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - host1
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: apps
            operator: In
            values:
            - host1
      - weight: 50
        preference:
          matchExpressions:
          - key: apps
            operator: In
            values:
            - host2
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: nginx
因为apps=host2的权重比较高，所以容器落在了k8s-master3的宿主机上
[root@k8s-master1 node]# kubectl get pods -n app -o wide
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP              NODE          NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx                         1/1     Running   0          88m     10.10.135.202   k8s-master3   <none>           <none>
with-affinity-anti-affinity   1/1     Running   0          2m46s   10.10.135.205   k8s-master3   <none>           <none>

如果存在两个候选节点，都满足 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 规则， 其中一个节点具有标签 label-1:key-1，另一个节点具有标签 label-2:key-2， 调度器会考察各个节点的 weight 取值，并将该权重值添加到节点的其他得分值之上。

Pod 间亲和性与反亲和性
Pod 间亲和性与反亲和性的类型
与节点亲和性类似，Pod 的亲和性与反亲和性也有两种类型：
1.requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
2.preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

例如，你可以使用 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 亲和性来告诉调度器， 将两个服务的 Pod 放到同一个云提供商可用区内，因为它们彼此之间通信非常频繁。 类似地，你可以使用 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 反亲和性来将同一服务的多个 Pod 分布到多个云提供商可用区中。

要使用 Pod 间亲和性，可以使用 Pod 规约中的 .affinity.podAffinity 字段。 对于 Pod 间反亲和性，可以使用 Pod 规约中的.affinity.podAntiAffinity 字段。

Pod 亲和性示例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-pod-affinity
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: security
            operator: In
            values:
            - S1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: security
              operator: In
              values:
              - S2
          topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
  containers:
  - name: with-pod-affinity
    image: registry.k8s.io/pause:2.0

本示例定义了一条 Pod 亲和性规则和一条 Pod 反亲和性规则。Pod 亲和性规则配置为 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，而 Pod 反亲和性配置为 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution。

亲和性规则规定，只有节点属于特定的 区域 且该区域中的其他 Pod 已打上 security=S1 标签时，调度器才可以将示例 Pod 调度到此节点上。 例如，如果我们有一个具有指定区域（称之为 “Zone V”）的集群，此区域由带有 topology.kubernetes.io/zone=V 标签的节点组成，那么只要 Zone V 内已经至少有一个 Pod 打了 security=S1 标签， 调度器就可以将此 Pod 调度到 Zone V 内的任何节点。相反，如果 Zone V 中没有带有 security=S1 标签的 Pod， 则调度器不会将示例 Pod 调度给该区域中的任何节点。

反亲和性规则规定，如果节点属于特定的 区域 且该区域中的其他 Pod 已打上 security=S2 标签，则调度器应尝试避免将 Pod 调度到此节点上。 例如，如果我们有一个具有指定区域（我们称之为 “Zone R”）的集群，此区域由带有 topology.kubernetes.io/zone=R 标签的节点组成，只要 Zone R 内已经至少有一个 Pod 打了 security=S2 标签， 调度器应避免将 Pod 分配给 Zone R 内的任何节点。相反，如果 Zone R 中没有带有 security=S2 标签的 Pod， 则反亲和性规则不会影响将 Pod 调度到 Zone R。