发布日期: 2024-09-17

文章字数: 4.2k

阅读时长: 18 分

Pod调度

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、NodeSelector
亲和性调度：NodeAffinity、PodAffinity、PodAntiAffinity
污点（容忍）调度：Taints、Toleration

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。

NodeName

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
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  nodeName: node01 # 指定调度到nodem01节点上

#查看Pod调度到NODE属性，确实是调度到了node01节点上
$ kubectl get pods pod-nodename -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodename   1/1     Running   0          62s   10.244.196.188   node01   <none>           <none> 

# 接下来，删除pod，修改nodeName的值为node03（并没有node03节点）
#再次查看，发现已经向Node03节点调度，但是由于不存在node03节点，所以pod无法正常运行
$ kubectl get pods pod-nodename -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodename   0/1     Pending   0          10s   <none>   node03   <none>           <none>

NodeSelector

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。

接下来，实验一下：

1 首先分别为node节点添加标签

$ kubectl label nodes node01 nodeenv=pro
node/node02 labeled
$ kubectl label nodes node02 nodeenv=test
node/node02 labeled

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
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  nodeSelector: 
    nodeenv: pro # 指定调度到具有nodeenv=pro标签的节点上

#查看Pod调度到NODE属性，确实是调度到了node1节点上
$ kubectl get pod pod-nodeselector -o wide
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeselector   1/1     Running   0          14s   10.244.196.189   node01   <none>           <none>

# 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）
#再次查看，发现pod无法正常运行,Node的值为none
$ kubectl get pod -o wide
Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  36s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector. preemption: 0/3 nodes are available: 3 Preemption is not helpful for scheduling.

亲和性调度

上一节，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。

NodeAffinity

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
    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, DoesNotExist, In, NotIn, Gt, Lt
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 优先调度到满足指定的规则的Node，相当于软限制 (倾向)
    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。

关系符的使用说明:

- matchExpressions:
  - key: nodeenv              # 匹配存在标签的key为nodeenv的节点
    operator: Exists
  - key: nodeenv              # 匹配标签的key为nodeenv,且value是"xxx"或"yyy"的节点
    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"

接下来首先演示一下requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution ,

创建pod-nodeaffinity-required.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-required
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  affinity:  #亲和性设置
    nodeAffinity: #设置node亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions: # 匹配nodeenv的值在["xxx","yyy"]中的标签
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["xxx","yyy"]

# 查看pod状态 （运行失败）
$ kubectl get pod -o wide
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeaffinity-required   0/1     Pending   0          6s    <none>   <none>   <none>           <none>

# 查看Pod的详情
# 发现调度失败，提示node选择失败
$ kubectl describe pod pod-nodeaffinity-required
Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  42s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector. preemption: 0/3 nodes are available: 3 Preemption is not helpful for scheduling.

# 修改文件，将values: ["xxx","yyy"]------> ["pro","yyy"]
# 此时查看，发现调度成功，已经将pod调度到了node1上
$ kubectl get pod -o wide
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeaffinity-required   1/1     Running   0          7s    10.244.196.187   node01   <none>           <none>

接下来再演示一下preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution ,

创建pod-nodeaffinity-preferred.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-preferred
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  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pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-preferred.yaml
pod/pod-nodeaffinity-preferred created

# 查看pod状态 （运行成功）
$ kubectl get pod -o wide
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeaffinity-preferred   1/1     Running   0          6s    10.244.196.186   node01   <none>           <none>

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

PodAffinity

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1-100

topologyKey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

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
  labels:
    podenv: pro #设置标签
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  nodeName: node01 # 将目标pod名确指定到node01上

# 查看pod状况
$ kubectl get pod -o wide --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
pod-podaffinity-target   1/1     Running   0          10s   10.244.196.191   node01   <none>           <none>            podenv=pro

2）创建pod-podaffinity-required.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-required
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  affinity:  #亲和性设置
    podAffinity: #设置pod亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
      - labelSelector:
          matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签
          - key: podenv
            operator: In
            values: ["xxx","yyy"]
        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=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。

# 查看pod状态，发现未运行
$ kubectl get pod -o wide
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-required   0/1     Pending   0          67s     <none>           <none>   <none>           <none>
pod-podaffinity-target     1/1     Running   0          2m29s   10.244.196.191   node01   <none>           <none>

# 查看详细信息
$ kubectl describe pod pod-podaffinity-required
Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  106s  default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }, 2 node(s) didn't match pod affinity rules. preemption: 0/3 nodes are available: 3 Preemption is not helpful for scheduling.

# 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
# 然后重新创建pod，查看效果
# 发现此时Pod运行正常
$ kubectl get pod -o wide
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-required   1/1     Running   0          15s    10.244.196.129   node01   <none>           <none>
pod-podaffinity-target     1/1     Running   0          4m8s   10.244.196.191   node01   <none>           <none>

关于PodAffinity的 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，这里不再演示。

PodAntiAffinity

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 pod --show-labels
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
pod-podaffinity-target   1/1     Running   0          5m31s   podenv=pro

2）创建pod-podantiaffinity-required.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podantiaffinity-required
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: aaronxudocker/myapp:v1.0
  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。

# 查看pod
# 发现调度到了node2上
$ kubectl get pod -o wide
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-target         1/1     Running   0          6m30s   10.244.196.191   node01   <none>           <none>
pod-podantiaffinity-required   1/1     Running   0          8s      10.244.140.122   node02   <none>           <none>

污点和容忍

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：

# 为node01设置污点(PreferNoSchedule)
$ kubectl taint node node01 tag=eagle:PreferNoSchedule
node/node01 tainted

# 创建100个pod，全部都运行在了node02节点上
$ kubectl create deployment myapp --image=aaronxudocker/myapp:v1.0 --replicas=100
deployment.apps/myapp created
$ kubectl get pod -o wide |grep node02|wc -l
100

# 创建1000个pod的时候，node02节点性能不足，不满足预选条件，部分pod运行到了node01上面
$ kubectl get pod -o wide |grep node01|wc -l
106
$ kubectl get pod -o wide |grep node02|wc -l
103

# 为node1设置污点(取消PreferNoSchedule，设置NoSchedule)
$ kubectl taint nodes node01 tag:PreferNoSchedule-
node/node01 untainted
$ kubectl taint nodes node01 tag=eagle:NoSchedule
node/node01 tainted

# 创建pod
$ kubectl create deployment myapp --image=aaronxudocker/myapp:v1.0 --replicas=100
deployment.apps/myapp created

$ kubectl get pod -o wide | grep node02 | wc -l
100

# 关闭node02虚拟机后，再次创建，无法被调度
$ kubectl get pod -o wide
NAME                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-9d57f8b4-2jf2f   0/1     Pending   0          4s    <none>   <none>   <none>           <none>
myapp-9d57f8b4-2rkhr   0/1     Pending   0          8s    <none>   <none>   <none>           <none>
myapp-9d57f8b4-2sfbn   0/1     Pending   0          7s    <none>   <none>   <none>           <none>
myapp-9d57f8b4-44hjs   0/1     Pending   0          4s    <none>   <none>   <none>           <none>
 

# 为node1设置污点(取消NoSchedule，设置NoExecute)
$ kubectl taint nodes node01 tag:NoSchedule-

# 创建10个pod，里面有部分是在node01上运行的
$ kubectl create deployment myapp --image=aaronxudocker/myapp:v1.0 --replicas=10
deployment.apps/myapp created

$ kubectl get pod -o wide |grep node01 |wc -l
5

# 设置NoExecute，所有的pod运行到了node02上
$ kubectl taint nodes node01 tag=eagle:NoExecute
$ kubectl get pod -o wide |grep node01 |wc -l
0

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.

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：

上一小节，已经在node1节点上打上了NoExecute的污点，此时pod是调度不上去的
本小节，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: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: myapp
  name: myapp
spec:
  replicas: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - image: aaronxudocker/myapp:v1.0
        name: myapp
      tolerations:      # 添加容忍
      - key: "tag"        # 要容忍的污点的key
        operator: "Equal" # 操作符
        value: "eagle"    # 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

# 添加容忍之后的pod
$ kubectl get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-6687b4f9d7-562lv   1/1     Running   0          3s    10.244.140.150   node02   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-6m7wb   1/1     Running   0          3s    10.244.196.128   node01   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-d9tgk   1/1     Running   0          3s    10.244.196.168   node01   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-fsqw7   1/1     Running   0          3s    10.244.140.159   node02   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-j7c4x   1/1     Running   0          3s    10.244.140.158   node02   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-j7dfx   1/1     Running   0          3s    10.244.196.178   node01   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-ll6z2   1/1     Running   0          3s    10.244.196.140   node01   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-lwqj4   1/1     Running   0          3s    10.244.140.167   node02   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-mvdtg   1/1     Running   0          3s    10.244.196.167   node01   <none>           <none>
myapp-6687b4f9d7-qlw5x   1/1     Running   0          3s    10.244.140.147   node02   <none>           <none>

下面看一下容忍的详细配置:

$ 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）
   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

AaronXu

https://iproute.cn/2024/09/17/09.diao-du-qi/

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数据存储在前面已经提到，容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。这种结果对用户来说，在某些情况下是不乐意看到的。为了持久化保存容器的数据，kubernetes引入了Volume的概念。

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09.调度器

Pod调度

定向调度

NodeName

NodeSelector

亲和性调度

NodeAffinity

PodAffinity

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污点和容忍