kubernetes 调度

pod 分配给特定的node节点

目的：在一般业务场景，有些pod需要运行在特定的物理节点上，可以通过kubernetes的nodeSelector、nodeName安排pod到指定的节点上运行。

# 采用nodeselect节点选择器的方法：
# 为 test-nodelete-2节点打上标签。
$ kubectl label nodes test-nodelete-2 disk=ssd
node/test-nodelete-2 labeled
$ kubectl get node --show-labels 
NAME              STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
test-nodelete-1   Ready    <none>   14d   v1.20.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,ingress=ingress,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=test-nodelete-1,kubernetes.io/os=linux
test-nodelete-2   Ready    <none>   14d   v1.20.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disk=ssd,ingress=ingress,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=test-nodelete-2,kubernetes.io/os=linux
test-nodelete-3   Ready    <none>   14d   v1.20.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,ingress=ingress,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=test-nodelete-3,kubernetes.io/os=linux

$ cat > nodeschedule.yaml  << EOF
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-select
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    disk: ssd
EOF

# 采用nodeName的方法：
# 如果不用节点选择器，直接用指定节点名，可以无视Taints，可以被调度。但会被NoExcute Taint影响, 如果节点存在NoExcute, 那将不能运行在该节点上。
$ cat  > nodeName.yaml << EOF
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-app
spec:
  nodeName: test-nodelete-2 # schedule pod to specific node
  containers:
  - name: nginx-web
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
EOF

Taints(污点) and Tolerations(容忍)

目的：Taints 是允许node节点排斥一组pod。Tolerations 允许程序调度pod到具有污点的 node节点上。Tolerations 允许调度但不保证调度。taints和Tolerations一起工作，以确保 Pod 不会被调度到不合适的节点上。一个或多个taints应用于一个节点；这标志着该节点不接受任何不容忍污点的 pod。
NoSchedule: 设置为不调度到该节点
PreferNoSchedule: 设置为尽量不调度到该节点
NoExecute: 设置为不调度到该节点和驱逐原来该节点已有存量的pod

# 向节点添加污点 
$ kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
# 解释：在 node1上设置一个污点。污点具有键key1、值value1和污点效果NoSchedule。node1这意味着除非具有匹配的容限，否则任何 pod 都无法调度到node1节点。

# 去除节点污点
$ kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule-

# 节点加上taints为NoSchedule，pod资源是不会调度到node1节点。
$ kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
$ cat > taints.yaml  << EOF
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-taints
  labels:
    env: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
EOF

# 为 pod 指定一个tolerations(容忍度)。以下两个容忍“匹配”由kubectl taint上面的行创建的污点(key1=value1:NoSchedule)，因此具有容忍的 pod 都可以调度到node1节点。
$ cat > taints-and-tolerations.yaml << EOF
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-taints-tolerations
  labels:
    env: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  tolerations:
  - key: "key1"
    value: "value1"
    operator: "Equal"
    effect: "NoSchedule"
EOF

# 当operator为Equal时，key和value都要匹配到上述taints指定的key1=value1，key和value都满足条件即可以容忍该污点，pod运行在node1节点上。
# 当operator为Exists时，key或value其中一个匹配到上述taints指定的key1=value1，满足条件即可以容忍该污点，pod运行在node1节点上。
  tolerations:
  - key: "key1"
    value: "value1"
    operator: "Equal"
    effect: "NoSchedule"

# 如果NoExecute被添加到一个节点，那么任何不容忍该 taint 的 pod 将立即被驱逐，而容忍该 taint 的 pod 将永远不会被驱逐。NoExecute效果的容忍可以指定一个可选`tolerationSeconds`字段，该字段指示在添加污点后 pod 将保持绑定到节点的时间。
$ kubectl taint nodes node1 execute=yes:NoExecute
  - key: "execute"
    value: "yes"
    effect: "NoExecute"
    # tolerationSeconds: 3600

Node Affinity

nodeSelector是将 Pod 约束到具有特定标签的节点的最简单方法。Affinity 和 anti-affinity 扩展了您可以定义的约束类型。如果同时指定nodeSelector和nodeAffinity，则必须同时满足两者才能将 Pod 调度到节点上。.

• 亲和/反亲和语言更具表现力。nodeSelector仅选择具有所有指定标签的节点。Affinity/anti-affinity 让您可以更好地控制选择逻辑。
• 您可以指示一条规则是soft或preferred，这样即使找不到匹配的节点，调度程序仍然会调度 Pod。
• 您可以使用在该节点上运行的其他 Pod 上的标签来约束 Pod，而不仅仅是节点标签，这允许您定义哪些 Pod 可以在一个节点上共存的规则。

节点亲和性(Node Affinity)在概念上类似于nodeSelector，允许您根据节点标签限制您的 Pod 可以调度的节点。有两种类型的节点亲和性：

• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：除非满足规则，否则调度程序无法调度 Pod。此函数类似于nodeSelector，但具有更具表现力的语法。
• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: 调度器尝试寻找符合规则的节点。如果匹配的节点不可用，调度程序仍会继续调度 Pod运行。
  # 注意：上述类型中，IgnoredDuringExecution表示如果 Kubernetes 调度 Pod 后节点标签发生变化，则 Pod 继续运行.

$  cat > nodeAffinity.yaml << EOF
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-nodeaffinity
  labels:
    env: nodeaffinity
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: "test-nodelete-3"
            operator: In
            values: 
            - "yes"
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: "disk"
            operator: In
            values:
            - "ssd"
  tolerations:
  - key: "active"
    operator: "Exists"
    effect: "NoSchedule"
EOF

# requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution规则解释：
# 该node节点必须具有带有键的标签为test-nodelete-3，并且该标签的值必须是：yes

# preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution规则解释：
# 调度器尝试寻找带有键为disk，值为ssd的node节点。如果匹配的节点不可用，调度程序仍会继续调度 Pod运行。

# tolerations(容忍)规则解释：
# 容忍程序调度pod到具有污点(taints)node节点上, 污点键为active的node。

# operator字段指定 Kubernetes 在解释规则时使用的逻辑运算符。您可以使用In、NotIn、Exists、DoesNotExist和 Gt、Lt。NotIn和DoesNotExist允许您定义节点反亲和行为。

pod 亲和性(affinity)和pod反亲和性(antiaffinity)

pod 亲和性和反亲和性根据节点上已经运行的 Pod 的标签, 而不是根据node节点标签来限制 pod调度到节点上。
注意：Pod 亲和性和反亲和性需要大量资源处理调度，这会在大型集群中的减慢调度速度。不建议在超过数百个节点的集群中使用它。

$ cat > pod-affinity.yaml << EOF
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deploy-pod-affinity
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      podaffinity: app 
  template:
    metadata:
      labels:
        podaffinity: app
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: "env"
                operator: In
                values: 
                - "nginx"
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 1
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: "app"
                  operator: In           
                  values: 
                  - "web"
              topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      tolerations:
      - key: "active"
        operator: "Exists"
        effect: "NoSchedule"
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 8088
EOF

# requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 亲和性规则解释：
# 当一个或多个node节点上的Pod 具有env=nginx标签， 且pod都位于同一区域或同一类服务器时，调度程序才能将 Pod 调度到节点上 。更准确地说，调度程序必须将 Pod 放置在具有 topologyKey="kubernetes.io/hostname"标签的node节点上，且该区域node节点有一个或多个node节点 的Pod 具有env=nginx标签。

# preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 反亲和性解释：
# 表示调度程序应尽量避免将 Pod 调度到一个或多个node节点上的Pod具有app=web标签的node节点上，更准确地说，具有topologyKey="kubernetes.io/hostname"标签的node节点上，调度程序必免将pod运行在该区域node节点的pod具有app=web标签的节点上。

# tolerations(容忍)规则解释：
# 容忍程序调度pod到具有污点(taints)node节点上, 污点键为active的node。


# Pod亲和性(podAffinity)规则告诉调度程序将每个副本放置在具有app=web标签的 Pod 的节点上。Pod 反亲和性(podAntiAffinity)规则告诉调度器避免调度到具有env=nginx标签的 Pod 的节点上。
$ cat > nginx-pod-affinity.yaml  << EOF
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: store
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: store
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - web
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: env
                operator: In
                values:
                - nginx
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      containers:
      - name: nginx-server
        image: nginx
EOF

参考文献

kubernetes官方文档