Pod调度（定向调度NodeName/NodeSelector亲和性调度NodeAffinity/PodAffinity/PodAntiAffinity污点Taints和容忍调度Toleration）

于 2021-06-02 11:41:20 发布
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分类专栏： Kubernetes
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本文介绍了Kubernetes中Pod的调度方式，包括定向调度的nodeName和nodeSelector，亲和性调度的NodeAffinity、PodAffinity和PodAntiAffinity，以及污点Taints和容忍Toleration机制。定向调度通过指定NodeName或NodeSelector将Pod约束到特定节点，亲和性调度提供更灵活的选择。污点和容忍则允许Node拒绝或接受带有特定污点的Pod调度。

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文章目录

一、pod调度概述

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

二、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。

（一）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。

[root@k8s-master ~]# vim pod-nodename.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodename
  namespace: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 801
  nodeName: k8s-node01  # 指定将该pod调度到k8s-node01节点上。nodeName键所指定的值必须是 kubectl get node 命令所查出来的，nodeName是固定写法

[root@k8s-master ~]# kubectl get node
NAME         STATUS   ROLES    AGE     VERSION
k8s-master   Ready    master   5d20h   v1.17.4
k8s-node01   Ready    <none>   5d20h   v1.17.4
k8s-node02   Ready    <none>   5d20h   v1.17.4

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml 
pod/pod-nodename created

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodename -n test -o wide
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodename   1/1     Running   0          17s   10.244.1.36   k8s-node01   <none>           <none>

[root@k8s-master ~]# kubectl delete -f pod-nodename.yaml 
pod "pod-nodename" deleted

# 指定将pod运行在一个不属于集群中的某节点上
[root@k8s-master ~]# vim pod-nodename.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodename
  namespace: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
  nodeName: node100

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml 
pod/pod-nodename created

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodename -n test -o wide -w
NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodename   0/1     Pending   0          29s   <none>   node100   <none>           <none>
pod-nodename   0/1     Terminating   0          56s   <none>   node100   <none>           <none>
pod-nodename   0/1     Terminating   0          56s   <none>   node100   <none>           <none>
# 因为没有该节点，所以无法调度到，过一会就会自动删除该pod

（二）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sceduler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，没有则失败。

首先为node节点添加标签：

[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node01 nodeenv=pro
node/k8s-node01 labeled
[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node02 nodeenv=test
node/k8s-node02 labeled

# 查看
[root@k8s-master ~]# kubectl get node --show-labels
NAME         STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
k8s-master   Ready    master   5d20h   v1.17.4   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
k8s-node01   Ready    <none>   5d20h   v1.17.4   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node01,kubernetes.io/os=linux,nodeenv=pro
k8s-node02   Ready    <none>   5d20h   v1.17.4   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node02,kubernetes.io/os=linux,nodeenv=test

创建使用nodeSelector调度pod的配置文件：

[root@k8s-master ~]# vim pod-nodeselector.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeselector
  namespace: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    nodeenv: pro   # 指定调度到具有 nodeenv=pro 标签的节点上。键值对必须存在，不存在调度会失败

# 创建
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
pod/pod-nodeselector created

# 调度到指定节点上
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeselector -n test -o wide
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeselector   1/1     Running   0          16s   10.244.1.37   k8s-node01   <none>           <none>

# 删除
[root@k8s-master ~]# kubectl delete -f pod-nodeselector.yaml 
pod "pod-nodeselector" deleted

# 指定pod调度带到在不存在的节点标签上
[root@k8s-master ~]# vim pod-nodeselector.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeselector
  namespace: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    nodeenv: pro100   # 不存在的节点标签

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
pod/pod-nodeselector created

# 找不带此node节点，调度失败
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod pod-nodeselector -n test -o wide -w
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeselector   0/1     Pending   0          2m3s   <none>   <none>   <none>           <none>

[root@k8s-master ~]# kubectl describe pod pod-nodeselector -n test
……省略……
Events:
  Type     Reason            Age        From               Message
  ----     ------            ----       ----               -------
  Warning  FailedScheduling  <unknown>  default-scheduler  0/3 nodes are available: 3 node(s) didn't match node selector.
  Warning  FailedScheduling  <unknown>  default-scheduler  0/3 nodes are available: 3 node(s) didn't match node selector.  # 在3个节点（1个master，2个node）上无法找到具有该标签的节点

# 虽然调度失败，但不会自动删除该pod，需手动删除
[root@k8s-master ~]# kubectl delete -f pod-nodeselector.yaml 
pod "pod-nodeselector" deleted

# 删除主机标签
[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node01 nodeenv-
node/k8s-node01 labeled
[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node02 nodeenv-
node/k8s-node02 labeled

三、亲和性调度

上面基于 nodeName 和 nodeSelector 的两种定向调度的方式，使用比较方便，但是存在一定问题，那就是如果没有满足条件的node，那么pod将不会被调度和运行，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。

基于此问题，kubernetes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
  • podAffinitypod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

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