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一、调度器概念
Kubernetes 调度器 Scheduler 是 Kubernetes 控制平面的核心组件之一，通过 API Server 监听尚未被绑定到具体节点的 Pod（即 Pod 的 spec 中的 NodeName 为空的 Pod），最终实现将 Pod 分配到集群中合适的 Node 上运行。
1、调度器的主要功能
①、过滤 (Filtering)
根据 Pod 的资源需求和 Node 的资源容量，筛选出可调度的 Node
②、评分 (Scoring)
对通过过滤的 Node 进行评分，选择最优的 Node
③、绑定 (Binding)
将 Pod 绑定到选定的 Node 上
2、调度流程
①、Pod 创建
用户通过 kubectl 或其他方式创建 Pod
②、调度队列
Pod 进入调度器的待调度队列
③、调度周期
-
过滤阶段：排除不满足条件的 Node（预选策略）
-
评分阶段：对剩余 Node 进行评分（优选策略）
-
选择阶段：选择分数最高的 Node
④、绑定
将 Pod 绑定到选定的 Node
⑤、kubelet 执行
相应 Node 上的 kubelet 创建并运行 Pod 容器
3、调度策略
首先“预选",排除掉不满足条件的节点，然后”优选“，将满足条件的节点按照优先级排序，最后选出优先级最高的节点。当其中有一步发生错误，就会直接返回错误。
预选策略必须每一个都通过，否则Pod会一直处于“Pending”状态，不断重试调度，直到找到满足条件的节点。
有多个节点通过预选后会进行优选进行排序，选择最高优先级的节点绑定Pod。
①、预选策略 (Predicates)
-
PodFitsResources：检查 Node 是否有足够的资源，即当前节点剩余资源是否大于Pod请求资源
-
PodFitsHostPorts：检查 Node 是否有可用的端口，即已使用的端口是否和Pod请求的端口冲突
-
HostName：检查 Pod 是否指定了特定 Node
-
MatchNodeSelector：检查 Node 标签是否匹配 Pod 的 nodeSelector
-
NoDiskConflict：检查存储卷是否冲突，即已挂载的卷是否和Pod请求的卷冲突
注意，每个版本的K8S其对应的预选策略有部分差别
②、优选策略 (Priorities)
-
LeastRequestedPriority：选择资源利用率最低的 Node
-
BalancedResourceAllocation：平衡 CPU 和内存的使用
-
NodeAffinityPriority：根据 Node 亲和性规则评分
-
TaintTolerationPriority：根据污点和容忍度评分
-
ImageLocalityPriority：优先选择已经有所需镜像的 Node
注意，每个版本的K8S其对应的优选策略有部分差别
4、自定义调度器
自定义调度器是 Kubernetes 中一个强大的功能，允许我们实现自己的调度逻辑来替代或补充默认调度器。
官方的默认调度器已经很优秀了，要使用自定义的调度器多为要我们的特殊调度需求，针对某些特定领域等等。这里就不给大家演示了，有兴趣的可以自己去搜索创建。
二、亲和性
节点亲和性（Node Affinity） 是一种调度约束，用于指定 Pod 应该或不应该调度到哪些节点 上运行。它基于节点的 标签（Labels） 进行匹配，比传统的 nodeSelector 更灵活，支持 软约束（偏好） 和 硬约束（要求）。
1、节点亲和性的类型
节点亲和性通过 nodeAffinity 字段定义，分为两种规则：
| 类型 | 字段 | 说明 | 类比 |
|---|---|---|---|
| 必需（硬约束） | requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution | 必须满足，否则 Pod 无法调度 | nodeSelector 的增强版 |
| 偏好（软约束） | preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution | 尽量满足，但不强制 | 类似“优先选择” |
-
硬性约束即必须满足，带有强制性，达不到则Pod一直处于"Pending"
-
软性约束即我的期望，不带有强制性，达不到则Pod找其他节点绑定
①、硬性约束
Ⅰ、配置文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx-ssd
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.24.0
affinity: # 亲和性
nodeAffinity: # 节点亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 表明是硬性约束
nodeSelectorTerms: # 选择的节点
- matchExpressions: # 匹配运算符
- key: disktype # 匹配的节点标签的键
operator: In # 在列表
values: ["ssd"] # 匹配的节点标签的值
# 即该 Pod 只能 调度到带有 disktype=ssd 标签的节点,没有则一直"Pending"。Ⅱ、实操效果
刚开始我的所有节点都没有目标标签，这时候创建Pod，查看nginx-ssd的状态
现在我向我的节点my-multi-node-cluster1-worker2添加标签disktype=ssd，观察nginx-ssd的状态：
# 给节点添加标签格式如下：
# kubectl label nodes <node-name> <key>=<value>
kubectl label nodes my-multi-node-cluster1-worker2 disktype=ssd
# 查看是否添加成功
kubectl get nodes --show-labels
# 再次查看nginx-ssd的状态
kubectl get po -o wide
# 结束后删除特定标签格式： kubectl label nodes <node-name> <key>- （可选）
可见该 Pod 只能调度到带有 disktype=ssd 标签的节点,没有则一直"Pending"。
②、软性约束
Ⅰ、配置文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx-testlabel
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.24.0
affinity:
nodeAffinity: # 亲和性
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 表明是软性约束
# 注意权重只在软性约束出现，硬性约束没有
- weight: 50 # 权重 1-100，越高越优先
preference: # 亲和类型
matchExpressions: # 匹配运算符
- key: testlabel # 匹配的节点标签的键
operator: In
values: ["a"] # 匹配的节点标签的值
# 调度器会优先选择 testlabel=a 的节点，但如果没有，也可以调度到其他节点。Ⅱ、实操效果
刚开始我的所有节点都没有目标标签，这时候创建Pod，查看nginx-testlabel的状态
可见即使没有 testlabel=a 的节点，该 Pod 也可以调度到其他节点。
现在我向我的节点my-multi-node-cluster1-worker添加标签 testlabel=a，观察nginx-testlabel的状态：
# 给节点添加标签格式如下：
# kubectl label nodes <node-name> <key>=<value>
kubectl label nodes my-multi-node-cluster1-worker testlabel=a
# 查看是否添加成功
kubectl get nodes --show-labels
# 再次查看nginx-ssd的状态
kubectl get po -o wide
# 结束后删除特定标签格式： kubectl label nodes <node-name> <key>- （可选）
可见调度器会优先选择 testlabel=a 的节点，但如果没有，也可以调度到其他节点。
2、Pod亲和/反亲和性的类型
Pod 亲和性（Pod Affinity）与反亲和性（Pod Anti-Affinity）用来控制 Pod 之间 的“吸引”或“排斥”关系——也就是「这个 Pod 想/不想和哪些 Pod 跑在一起」。它们同样通过节点上的 topologyKey（通常是主机名、机架、可用区等）来划定“拓扑域”，然后在该域内按标签匹配其它 Pod，即拓扑域就是通过节点标签来规定范围。
| 语义 | 字段 | 场景示例 |
|---|---|---|
| required…（硬约束） | requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution | “必须”和某类 Pod 同域/异域 |
| preferred…（软约束） | preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution | “尽量”和某类 Pod 同域/异域 |
Pod的亲和性和反亲和性都有两种类型，即硬性约束和软性约束。
-
亲和性软性约束：最好和哪个Pod在一起运行
-
亲和性硬性约束：必须和哪个Pod在一起运行
-
反亲和性软性约束：最好不和哪个Pod在一起运行
-
反亲和性硬性约束：必须不和哪个Pod在一起运行
和节点亲和性的配置文件类似，以下给出配置文件大致模板：
affinity:
podAffinity: # Pod 亲和性（想在一起）
<required|preferred>DuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬性约束/软性约束
- topologyKey: <key> # 划定“拓扑域”的节点标签
labelSelector: # 匹配其它 Pod 的标签
matchExpressions:
- {key: app, operator: In, values: [backend]}
namespaces: [ns1, ns2] # 默认当前命名空间
# 注意：权重只在软性约束时出现，硬性约束没有
weight: 50 # 权重 1-100，越高越优先
podAntiAffinity: # Pod 反亲和性（不想在一起）
<required|preferred>DuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬性约束/软性约束
- topologyKey: kubernetes.io/hostname
labelSelector:
matchLabels:
app: nginx给出一个Pod亲和软性约束+一个Pod反亲和硬性约束的配置文件：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: cache
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels: { app: nginx } # 和下方 Pod 模板中的标签相同
template:
metadata:
labels: { app: nginx } # 和上方的匹配标签相同
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.24.0
affinity:
podAffinity: # Pod 亲和性（想在一起）
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 软性约束
# 注意：权重只在软性约束中出现，硬性约束没有
- weight: 80 # 权重越高，优先级越高
topologyKey: kubernetes.io/hostname # 拓扑域
labelSelector: # 匹配的 Pod 标签
matchLabels: { app: backend }
# 即该配置文件创建的 Pod 最好和在 kubernetes.io/hostname 这一拓扑域中含有的带有 app=backend 标签的 Pod 在一起运行，如果没有则 Pod 随便选取要绑定的节点
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels: { app: nginx }
template:
metadata:
labels: { app: nginx }
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.24.0
affinity:
podAntiAffinity: # Pod 反亲和性（不想在一起）
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬性约束
- topologyKey: kubernetes.io/hostname # 拓扑域
labelSelector: # 匹配的 Pod 标签
matchLabels: { app: nginx }
# 即该配置文件创建的 Pod 必须不能和在 kubernetes.io/hostname 拓扑域中含有的带有 app=nginx 标签的 Pod 在一起运行，如果没有则 Pod 一直 "Pending"，不绑定节点三、容忍和污点
污点和容忍（Taints & Tolerations）是 Kubernetes 用来 “排斥” Pod 与节点 的强耦合机制：
-
Taint（污点） 打在节点上 → “拒绝” 没有对应容忍度的 Pod。
-
Toleration（容忍度） 写在 Pod 上 → “允许” 被调度到带有对应污点的节点。
精简总结：只有可容忍节点的污点的Pod才有可能被绑定，注意是有可能，不是一定
1、污点
在node节点设置污点，可以一定程度上根据对应effect策略和Pod之间产生排斥，Pod一定程度上不会被调度到含污点的节点上。
①、污点语法
key=value:effect每个污点都有匹配的key和value，value可为空，effect描述污点的作用
effect当前包含三个选项：
| Effect | 调度阶段 | 已运行 Pod 是否驱逐 |
|---|---|---|
NoSchedule | 新 Pod 不可调度 | 不驱逐 |
PreferNoSchedule | 软排斥（尽量不去） | 不驱逐 |
NoExecute | 新 Pod 不可调度 + 已运行且无容忍的 Pod 立即驱逐 | 驱逐 |
精简总结：NoSchedule 是不会将 Pod 调度到含该污点的节点上，PreferNoSchedule是尽量不将 Pod 调度到含该污点的节点上，NoExecute 是不会将 Pod 调度到含该污点的节点上且原有的 Pod 会进行驱逐
②、小细节
我们在之前不管是创建DeployMent还是StatefulSet等等，他们创建出来的Pod都是运行在副节点，也就是worker节点上的，没有运行在主节点（master节点）上的，这是为什么呢？答案就是因为主节点有污点，不参与调度。如图：
但真的所有Pod都不能在主节点运行吗，实际不然，设置了容忍的Pod可以在主节点运行，如图：
③、操作语法
# 添加污点
kubectl taint nodes <node-name> key=value:NoSchedule
# 例：让 master 节点只接受控制面 Pod
kubectl taint nodes master-0 node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
# 查看污点
kubectl describe nodes <node-name>
# 删除污点
kubectl taint nodes <node-name> key=value:NoSchedule-
# 或
kubectl taint nodes <node-name> key:NoSchedule-2、容忍
在node节点设置污点，可以一定程度上根据对应effect策略和Pod之间产生排斥，Pod一定程度上不会被调度到含污点的节点上。但也只是一定程度，我们如果在Pod上设置了容忍度（Toleration），就代表着我的这个Pod容忍这个带污点的node节点，那么就可以在这个节点上运行。
①、容忍语法
tolerations: # 容忍度
- key: "key1" # 污点的键
operator: "Equal" # 比较操作符（Equal 或 Exists）
value: "value1" # 污点的值
effect: "NoSchedule" # 污点效果作用
tolerationSeconds: 3600 # 仅对 NoExecute 有效，表示容忍时间（秒），超过这个时间驱离所有 Podeffect的三个污点作用就是上面的NoSchedule, PreferNoSchedule, NoExecute
②、特殊写法
tolerations: # 容忍度
- key: "key1" # 污点的键
operator: "Exists" # 比较操作符（Equal 或 Exists）
effect: "NoSchedule" # 污点效果作用
# 即不写污点的值，比较操作符写为Exists即只要是key1污点内所有设置为驱离（NoSchedule）的污点我都容忍
tolerations: # 容忍度
- key: "key1" # 污点的键
operator: "Exists" # 比较操作符（Equal 或 Exists）
# 即不写污点的值和污点效果，比较操作符写为Exists即容忍所有key1污点
tolerations: # 容忍度
- operator: "Exists" # 比较操作符（Equal 或 Exists）
# 即不写污点的键、值和污点效果，比较操作符写为Exists即容忍所有污点
四、固定节点调度
1、直接指定节点名称 (nodeName)
使用 spec.nodeName 直接指定节点名称后，会直接跳过调度器（Scheduler）的调度，而是直接匹配到你指定的node节点。
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
spec:
nodeName: node-1 # 直接指定节点名称
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.24.0-
最直接、最高优先级的调度方式
-
绕过调度器，直接绑定到指定节点
-
如果节点不存在或资源不足，Pod 会保持 Pending 状态
-
适用于开发和测试环境，生产环境不推荐
2、 节点选择器 (nodeSelector)
使用 spec.nodeSelector 直接指定节点标签后，由调度器（Scheduler）按照调度策略进行调度，之后匹配Pod到你指定的node节点，这是强制约束，类似硬性约束。
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.24.0
nodeSelector:
disktype: ssd # 只调度到有 disktype=ssd 标签的节点-
简单易用
-
只能简单匹配，不支持复杂表达式
-
适用于简单的节点选择需求
-
无节点满足则一直"Pending"
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