第十五章 Kubernetes调度器

一、简介

Scheduler 是 kubernetes 的调度器，主要的任务是把定义的 pod 分配到集群的节点上。听起来非常简单，但有很多要考虑的问题：

①　公平：如何保证每个节点都能被分配资源

②　资源高效利用：集群所有资源最大化被使用

③　效率：调度的性能要好，能够尽快地对大批量的 pod 完成调度工作

④　灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑

Scheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直坚挺 API Server，获取PodSpec.NodeName为空的 pod，对每个 pod 都会创建一个 binding（必须遵守的），表明该 pod 应该放到哪个节点上

二、调度过程

调度分为几个部分：

1) 首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为predicate（预选）；

2) 然后对通过的节点按照优先级排序，这个是priority（优选）；

3) 最后从中选择优先级最高的节点。

如果中间任何一步骤有错误，就直接返回错误（先预选，后优选）

Predicate（预选）有一系列的算法可以使用：

①　PodFitsResources：节点上剩余的资源是否大于 pod 请求的资源

②　PodFitsHost：如果 pod 指定了 NodeName，检查节点名称是否和 NodeName 匹配

③　PodFitsHostPorts：节点上已经使用的 port 是否和 pod 申请的 port 冲突

④　PodSelectorMatches：过滤掉和 pod 指定的 label 不匹配的节点

⑤　NoDiskConflict：已经 mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不冲突，除非它们都是只读

如果在 predicate 过程中没有合适的节点，pod 会一直在pending状态（pending：等待），不断重试调度，直到有节点满足条件。经过这个步骤，如果有多个节点满足条件，就继续 priorities 过程：按照优先级大小对节点排序

优先级由一系列键值对组成，键是该优先级项的名称，值是它的权重（该项的重要性）。这些优先级选项包括：

LeastRequestedPriority：通过计算 CPU 和 Memory 的使用率来决定权重，使用率越低权重越高。换句话说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点

BalancedResourceAllocation：节点上 CPU 和 Memory 使用率越接近，权重越高。这个应该和上面的一起使用，不应该单独使用

ImageLocalityPriority：倾向于已经有要使用镜像的节点，镜像总大小值越大，权重越高

通过算法对所有的优先级项目和权重进行计算，得出最终的结果

三、自定义调度器

除了 kubernetes 自带的调度器，你也可以编写自己的调度器。通过spec:schedulername参数指定调度器的名字，可以为 pod 选择某个调度器进行调度。比如下面的 pod 选择my-scheduler进行调度，而不是默认的default-scheduler：

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

labels:

spec:

schedulername: my-scheduler

containers:

- name: pod-with-second-annotation-container

image: gcr.io/google_containers/pause:2.0

四、节点亲和性（pod与node的亲和性）

pod.spec.nodeAffinity

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（优先执行计划）：软策略

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（要求执行计划）：硬策略

preferred：首选，较喜欢

required：需要，必修

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

#节点硬策略。排除node02，只能在node01上运行

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

labels:

app: node-affinity-pod

spec:

containers:

- name: with-node-affinity

image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1

affinity: #亲和性

nodeAffinity: #node亲和性

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

nodeSelectorTerms:

- matchExpressions:

- key: kubernetes.io/hostname

operator: NotIn #键值运算关系，NotIn:label的值不在某个列表中

values:

- k8s-node02

Terms：条件

matchExpressions：匹配表达式

operator：操作人员

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

#r软策略

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

labels:

app: node-affinity-pod

spec:

containers:

- name: with-node-affinity

image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1

affinity:

nodeAffinity:

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

- weight: 1 #权重，权重越大越亲和(多个软策略的情况)

preference: matchExpressions:

- key: source

operator: In

values:

- qikqiak

查看：kubectl get node --show-labels

合体

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

labels:

app: node-affinity-pod

spec:

containers:

- name: with-node-affinity

image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1

affinity:

nodeAffinity:

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

nodeSelectorTerms:

- matchExpressions:

- key: kubernetes.io/hostname

operator: NotIn

values: - k8s-node02

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

- weight: 1

preference:

matchExpressions:

- key: source

operator: In

values:

- qikqiak

键值运算关系

①　In：label 的值在某个列表中

②　NotIn：label 的值不在某个列表中

③　Gt：label 的值大于某个值

④　Lt：label 的值小于某个值

⑤　Exists：某个 label 存在

⑥　DoesNotExist：某个 label 不存在

五、Pod 亲和性（pod与pod之间的亲和性）

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity

l preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

l requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

labels:

app: pod-3

spec:

containers:

- name: pod-3

image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1

affinity:

podAffinity:

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

- labelSelector: matchExpressions:

- key: app

operator: In

values: - pod-1

topologyKey: kubernetes.io/hostname

podAntiAffinity:

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

- weight: 1

podAffinityTerm:

labelSelector:

matchExpressions:

- key: app

operator: In

values:

- pod-2

topologyKey: kubernetes.io/hostname

亲和性/反亲和性调度策略比较如下：

六、Taint 和 Toleration

节点亲和性，是pod的一种属性（偏好或硬性要求），它使pod被吸引到一类特定的节点。Taint 则相反，它使节点能够排斥一类特定的 pod

Taint 和 toleration 相互配合，可以用来避免 pod 被分配到不合适的节点上。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）被调度到具有匹配 taint 的节点上

1、污点 ( Taint ) 的组成

使用kubectl taint命令可以给某个 Node 节点设置污点，Node 被设置上污点之后就和 Pod 之间存在了一种相斥的关系，可以让 Node 拒绝 Pod 的调度执行，甚至将 Node 已经存在的 Pod 驱逐出去每个污点的组成如下：

key=value:effect

每个污点有一个 key 和 value 作为污点的标签，其中 value 可以为空，effect 描述污点的作用。当前 taint effect 支持如下三个选项：

NoSchedule:K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能再调度过来，但是老的运行在node上不受影响

NoExecute：K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能调度过来，老的pod也会被驱逐

PreferNoSchedule：pod会尝试将pod分配到该节点

2、污点的设置、查看和去除

#查看节点污点
kubectl describe node node-name

# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
# 节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe pod pod-name 
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule-

pod设置容忍一个污点

apiVersion: apps/v1Beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deploy
spec:
  replicas: 1
    selector:
      matchLabels:
        app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        images: nginx:laste
        ports:
        - containerPort: 80       
    tolerations:  #containers同级
    - key: "key1"          #能容忍的污点key
      operator: "Equal"    #Equal等于表示key=value ， Exists不等于，表示当值不等于下面value正常
      value: "value1"      #值
      effect: "NoExecute"  #effect策略，见上面
      tolerationSeconds: 3600  #原始的pod多久驱逐，注意只有effect: "NoExecute"才能设置，不然报错

七、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调度到 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

pod.spec.tolerations

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"

l 其中 key, vaule, effect 要与 Node 上设置的 taint 保持一致

l operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值

l 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

1、当不指定 key 值时，表示容忍所有的污点 key：

tolerations:

- operator: "Exists"

2、当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用

tolerations:

- key: "key"

operator: "Exists"

3、有多个 Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置

kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

配置节点故障后Pod重新调度的时间

例如下面的配置文件，对于notReady和unreachable状态的节点，其上的Pod等待300秒，如果仍未恢复，则会停止执行。

八、指定调度节点

1、Pod.spec.nodeName 将 Pod 直接调度到指定的 Node 节点上，会跳过 Scheduler 的调度策略，该匹配规则是强制匹配

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Deployment

metadata:

spec:

replicas: 7

template:

metadata:

labels:

app: myweb

spec:

nodeName: k8s-node01

containers:

- name: myweb

image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1

ports:

- containerPort: 80

2、Pod.spec.nodeSelector：通过 kubernetes 的 label-selector 机制选择节点，由调度器调度策略匹配 label，而后调度 Pod 到目标节点，该匹配规则属于强制约束

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Deployment

metadata:

spec:

replicas: 2

template:

metadata:

labels:

app: myweb

spec:

nodeSelector:

type: backEndNode1

containers:

- name: myweb

image: harbor/tomcat:8.5-jre8

ports:

- containerPort: 80

链接：

https://www.cnblogs.com/cocowool/p/taints_and_tolerations.html

https://www.bilibili.com/video/av66617940/?p=58

NoExecute：K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能调度过来，老的pod也会被驱逐