云原生之K8s的亲和、反亲和、污点与容忍

目录

一、基本介绍

二、K8S调度

1.Scheduler 调度过程

2.K8s 调度策略

三、亲和与反亲和

2.1、Pod和Node

2.2、硬亲和与软亲和

三、污点与容忍

3.1、污点（Taint）

污点的设置和去除

3.2、容忍（Tolerations）

Toleration基本语法

Toleration案例

3.3、多污点与多容忍配置

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一、基本介绍

在 Kubernetes 中 Pod 的调度都是由 Scheduler 组件来完成的，整个调度过程都是自动完成的，也就是说我们并不能确定 Pod 最终被调度到了哪个节点上。而在实际环境中，可能需要将 Pod 调度到指定的节点上。官方文档

这时，我们便可以通过 K8s 提供的节点选择器、亲和、反亲和等配置来实现 Pod 到节点的定向调度。

二、K8S调度

1、调度通过kubernetes的list-watch机制来发现集群中新创建且尚未被调度到Node上的Pod。调度器会将发现的每一个未调度的Pod调度到一个合适的Node上运行Node上来运行。

2、kube-scheduler是Kubernetes集群的默认调度器，并且是集群的默认调度器，并且是集群控制面的一部分。如果你真的希望或者有这方面的需求，kube-scheduler在设计上是运行你自己写一个调度组件并替换原有的kube-scheduler。

3、在做调度决定时需要考虑的因素包括：单独和整体的资源请求，硬件/软件/策略限制、亲和以及反亲和要求、数据局域性、负载间的干扰等等。

1.Scheduler 调度过程

1. 预选（Predicates）：遍历集群中的所有节点，并通过预选策略筛选出符合条件的节点列表。
2. 优选（Priorities）：在预选结果的基础上，通过优选策略对每个节点进行打分和排序，最后将 Pod 优先分配到分数较高的节点上。

2.K8s 调度策略

三、亲和与反亲和

2.1、Pod和Node

1. 从pod出发，可以分成亲和性和反亲和性，分别对应podAffinity和podAntiAffinity。
2. 从node出发，也可以分成亲和性和反亲和性，分别对应nodeAffinity和nodeAntiAffinity
3. 从操作指令来讲，可以有In、Notin、Exists、DoesNotExist等等。

2.2、硬亲和与软亲和

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软亲和

软策略：结合下面的 “operator: NotIn”，意思就是尽量不要将 pod 调度到匹配到的节点，但是如果没有不匹配的节点的话，也可以调度到匹配到的节点。

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬亲和

硬策略：结合下面的 “operator: In”，意思就是必须调度到满足条件的节点上，否则就等着 Pending。

不管哪种方式，最终还是要依赖 label 标签。

kubectl get pods -n company ai-action-statistic-gray-86465f9c4b-hdfk4 -oyaml | grep nodeSelector -B 5 -A 5
  uid: ed47f094-f70a-45ed-b7dd-d46f2d01986f
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:    #硬策略
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: node-role.kubernetes.io/gray
            operator: In
            values:
            - gray
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #软策略
          - weight: 1
            preference:
              matchExpressions:
              - key: pc-app
                operator: NotIn
                values:
                - luna

operator 匹配条件：

• In：标签值存在某个列表中；
• NotIn：标签值不存在某个列表中；
• Gt：标签值大于某个值；
• Lt：标签值小于某个值；
• Exists：某个标签存在；
• DoesNotExist：某个标签不存在；

三、污点与容忍

K8s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（但不要求）被调度到具有相应taint的节点上。

3.1、污点（Taint）

1. 如果一个节点被标记为有污点，那么意味着不允许pod调度到该接待你，除非pod也被标记为可以容忍污点节点
2. 在使用kubeadm部署的k8s集群的时候应该会发现，通常情况下，应用是不会调度到master节点的，因为kubeadm部署的k8s集群默认给master节点加了Taints（污点）

effect 可选配置：

• NoSchedule：表示 Pod 将不会被调度到具有该污点的节点上。
• PreferNoSchedule：表示 Pod 将尽量避免调度到具有该污点的节点上（类似于软策略）
• NoExecute：表示 Pod 将不会被调度到具有该污点的节点上，同时将节点上预警存在的 Pod 进行驱逐。

污点的设置和去除

使用kubectl设置和去除污点的命令实例如下：

# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key1:NoSchedule-

接下来看一个具体的例子，使用kubeadm部署和初始化的Kubernetes集群，master节点被设置了一个node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule的污点，可以使用kubectl describe node命令查看。这个污点表示默认情况下master节点将不会调度运行Pod，即不运行工作负载。对于使用二进制手动部署的集群设置和移除这个污点的命令如下：

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

3.2、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Node上，但我们可以在Pod上设置容忍(Toleration)，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。

Toleration基本语法

pod 的 Toleration 声明中的 key 和 effect 需要与 Taint 的设置保持一致，并且满足以下条件之一：

1. operator 的值为 Exists，这时无需指定 value
2. operator 的值为 Equal 并且 value 相等
3. 如果不指定 operator，则默认值为 Equal。

另外还有如下两个特例：

1. 空的 key 配合 Exists 操作符能够匹配所有的键和值
2. 空的 effect 匹配所有的 effect

上面的例子中 effect 的取值为 NoSchedule，下面对 effect 的值作下简单说明：

1. NoSchedule：如果一个 pod 没有声明容忍这个 Taint，则系统不会把该 Pod 调度到有这个 Taint 的 node 上
2. PreferNoSchedule：NoSchedule 的软限制版本，如果一个 Pod 没有声明容忍这个Taint，则系统会尽量避免把这个 pod 调度到这一节点上去，但不是强制的。
3. NoExecute：定义 pod 的驱逐行为，以应对节点故障。

NoExecute 这个 Taint 效果对节点上正在运行的 pod 有以下影响：

1. 没有设置 Toleration 的 Pod 会被立刻驱逐
2. 配置了对应 Toleration 的 pod，如果没有为 tolerationSeconds 赋值，则会一直留在这一节点中
3. 配置了对应 Toleration 的 pod 且指定了 tolerationSeconds 值，则会在指定时间后驱逐

Toleration案例

tolerations:
 - key: "key1"
operator: "Equal"
value: "value1"
effect: "NoSchedule"
tolerationSeconds: 3600
 - key: "key1"
operator: "Equal"
value: "value1"
effect: "NoExecute"
 - key: "key2"
operator: "Exists"
effect: "NoSchedule"

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

3.3、多污点与多容忍配置

系统允许在同一个 node 上设置多个 taint，也可以在 pod 上设置多个 Toleration。**Kubernetes 调度器处理多个 Taint 和 Toleration 能够匹配的部分，剩下的没有忽略掉的 Taint 就是对 Pod 的效果了。下面是几种特殊情况：

1. 如果剩余的 Taint 中存在 effect=NoSchedule，则调度器不会把该 pod 调度到这一节点上。
2. 如果剩余的 Taint 中没有 NoSchedule 的效果，但是有 PreferNoSchedule 效果，则调度器会尝试不会 pod指派给这个节点
3. 如果剩余 Taint 的效果有 NoExecute 的，并且这个 pod已经在该节点运行，则会被驱逐；如果没有在该节点运行，也不会再被调度到该节点上。

容忍多种配置：

1）可以被调度到带有 key/value:NoExecute 污点的节点上。

tolerations:
- key: ""
  operator: "Equal"
  value: ""
  effect: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 3600

• tolerationSeconds：表示当 Pod 被驱逐时，还可以在节点上继续运行的时间（仅可以和 NoExecute 配合使用）

2）可以被调度到带有指定 key 污点的节点上。

tolerations:
- key: ""
  operator: "Exists"

3）可以被调度到带有任何污点的节点上。

tolerations:
- operator: "Exists"