Pod调度策略：亲和性、污点与污点容忍

节点亲和性

nodeSelector

nodeSelector用于将Pod调度到匹配Label的节点上，如果没有匹配的标签会调度失败。

作用：

• 约束Pod到特定节点运行；
• 完全匹配节点标签。

应用场景：

• 专用节点：根据业务线将节点分组管理；
• 匹配特殊硬件：部分节点配置有SSD硬盘、GPU。

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示例：确保Pod分配到具有SSD硬盘的节点上

1. 给节点打标签

#kubectl label nodes <node名称> <label-key>=<label-value>
kubectl label nodes k8s-node1 disktype=ssd
#验证
kubectl get nodes --show-labels

2. 添加nodeSelector字段到Pod配置中

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    disktype: ssd

3. 验证

kubectl get pods -o wide

删除节点标签：

kubectl label node k8s-node1 <label-key>-
#验证
kubectl get pods -o wide

nodeAffinity

节点亲和性，类似于nodeSelector，可以根据节点上的标签来约束Pod可以调度到哪些节点。

相比nodeSelector：

• 匹配有更多的逻辑组合，不只是字符串的完全相等，支持in、notin、exists、doesnotexist、gt、lt操作符。
• 调度分为软策略和硬策略，而不是硬性要求：
  • requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略，必须满足；
  • preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略，尝试满足，但是不保证。

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举例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: topology.kubernetes.io/zone
            operator: In
            values:
            - antarctica-east1
            - antarctica-west1
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: another-node-label-key
            operator: In
            values:
            - another-node-label-value
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: k8s.gcr.io/pause:2.0

注意：

• 如果同时使用了nodeSelector和nodeAffinity，那么k8s在调度Pod时必须同时满足两者的条件。
• 如果在使用nodeAffinity时指定了多个nodeSelectorTerms，那么节点只要满足其中一个nodeSelectorTerms，就可以被调度分配Pod。
• 如果在一个nodeSelectorTerms下指定了多个matchExpressions，那么节点必须满足所有matchExpressions，才能被调度分配Pod。

污点与污点容忍

基于节点标签分配是站在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节点上。相反地，我们也可以在Node节点上添加污点属性（Taints），来避免Pod被分配到不合适的节点上。

• taints：避免Pod调度到特定节点上；
• tolerations：允许Pod调度到有Taints的节点上。

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举例：

1. 给节点添加污点

#kubectl taint node <node名称> key=value:[effect]
kubectl taint node k8s-node2 gpu=yes:NoSchedule

其中，effect可以取值为：

• NoSchedule：一定不能被调度；
• PreferNoSchedule：尽量不要被调度，非必须；
• NoExecute：不仅不会调度，还会驱逐节点上已有的Pod。

2. 验证

kubectl describe node k8s-node2 | grep Taint

3. 如果希望Pod可以被分配到有污点的节点上，要在Pod配置中添加污点容忍。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  tolerations:
  - key: "gpu"
    operator: "Equal"
	value: "yes"
    effect: "NoSchedule"

删除污点：

#kubectl taint node <node名称> key:[effect]-
kubectl taint node k8s-node2 gpu:NoSchedule-

注意：
Taints和Tolerations匹配的原则是key相同、effect相同，并且满足：

• 运算符是Exists（即没有value）；
• 运算符是Equal，且value相等。

两个特例：

• 一个空的key和运算符Exists，会匹配所有的key、value和effect，意味著容忍所有污点；
• 一个key和一个空的effect匹配此key的所有effect。

nodeName

通过nodeName指定节点名称，可以将Pod调度到指定节点上，不经过调度器。由于不经过调度器，使用nodeName后，nodeSelector、nodeAffinity和Taints都不会起作用。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  nodeName: k8s-node2

如果指定的节点不存在、或者没有足够的资源，那么该Pod不会运行。如果Pod所在的节点挂了，也不会自动漂移到其他节点。

References
【1】https://kubernetes.io/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/
【2】https://kubernetes.io/docs/concepts/scheduling-eviction/taint-and-toleration/