调度器（8）

1. Kubernetes 调度器介绍

kube-scheduler是 kubernetes 系统的核心组件之一，主要负责整个集群资源的调度功能，根据特定的调度算法和策略，将 Pod 调度到最优的工作节点上面去，从而更加合理、更加充分的利用集群的资源，这也是我们选择使用 kubernetes 一个非常重要的理由。如果一门新的技术不能帮助企业节约成本、提供效率，我相信是很难推进的。

1.1 调度流程

默认情况下，kube-scheduler 提供的默认调度器能够满足我们绝大多数的要求，我们前面和大家接触的示例也基本上用的默认的策略，都可以保证我们的 Pod 可以被分配到资源充足的节点上运行。但是在实际的线上项目中，可能我们自己会比 kubernetes 更加了解我们自己的应用，比如我们希望一个 Pod 只能运行在特定的几个节点上，或者这几个节点只能用来运行特定类型的应用，这就需要我们的调度器能够可控。

kube-scheduler 是 kubernetes 的调度器，它的主要作用就是根据特定的调度算法和调度策略将 Pod 调度到合适的 Node 节点上去，是一个独立的二进制程序，启动之后会一直监听 API Server，获取到 PodSpec.NodeName 为空的 Pod，对每个 Pod 都会创建一个 binding。

图片.png-24.5kB

这个过程在我们看来好像比较简单，但在实际的生产环境中，需要考虑的问题就有很多了：

如何保证全部的节点调度的公平性？要知道并不是说有节点资源配置都是一样的

如何保证每个节点都能被分配资源？

集群资源如何能够被高效利用？

集群资源如何才能被最大化使用？

如何保证 Pod 调度的性能和效率？

用户是否可以根据自己的实际需求定制自己的调度策略？

考虑到实际环境中的各种复杂情况，kubernetes 的调度器采用插件化的形式实现，可以方便用户进行定制或者二次开发，我们可以自定义一个调度器并以插件形式和 kubernetes 进行集成。

kubernetes 调度器的源码位于 kubernetes/pkg/scheduler 中，大体的代码目录结构如下所示：(不同的版本目录结构可能不太一样)

kubernetes/pkg/scheduler
-- scheduler.go         //调度相关的具体实现
|-- algorithm
|   |-- predicates      //节点筛选策略
|   |-- priorities      //节点打分策略
|-- algorithmprovider
|   |-- defaults         //定义默认的调度器

其中 Scheduler 创建和运行的核心程序，对应的代码在 pkg/scheduler/scheduler.go，如果要查看kube-scheduler的入口程序，对应的代码在 cmd/kube-scheduler/scheduler.go。

调度主要分为以下几个部分：

首先是预选过程，过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为Predicates

然后是优选过程，对通过的节点按照优先级排序，称之为Priorities

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

Predicates阶段首先遍历全部节点，过滤掉不满足条件的节点，属于强制性规则，这一阶段输出的所有满足要求的 Node 将被记录并作为第二阶段的输入，如果所有的节点都不满足条件，那么 Pod 将会一直处于 Pending 状态，直到有节点满足条件，在这期间调度器会不断的重试。

所以我们在部署应用的时候，如果发现有 Pod 一直处于 Pending 状态，那么就是没有满足调度条件的节点，这个时候可以去检查下节点资源是否可用。

Priorities阶段即再次对节点进行筛选，如果有多个节点都满足条件的话，那么系统会按照节点的优先级(priorites)大小对节点进行排序，最后选择优先级最高的节点来部署 Pod 应用。

图片.png-36.5kB

下面是调度过程的简单示意图：

更详细的流程是这样的：

首先，客户端通过 API Server 的 REST API 或者 kubectl 工具创建 Pod 资源
API Server 收到用户请求后，存储相关数据到 etcd 数据库中
调度器监听 API Server 查看为调度(bind)的 Pod 列表，循环遍历地为每个 Pod 尝试分配节点，这个分配过程就是我们上面提到的两个阶段：
- 预选阶段(Predicates)，过滤节点，调度器用一组规则过滤掉不符合要求的 Node 节点，比如 Pod 设置了资源的 request，那么可用资源比 Pod 需要的资源少的主机显然就会被过滤掉
- 优选阶段(Priorities)，为节点的优先级打分，将上一阶段过滤出来的 Node 列表进行打分，调度器会考虑一些整体的优化策略，比如把 Deployment 控制的多个 Pod 副本分布到不同的主机上，使用最低负载的主机等等策略
经过上面的阶段过滤后选择打分最高的 Node 节点和 Pod 进行 binding 操作，然后将结果存储到 etcd 中
最后被选择出来的 Node 节点对应的 kubelet 去执行创建 Pod 的相关操作

其中Predicates过滤有一系列的算法可以使用，我们这里简单列举几个：

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

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

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

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

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

CheckNodeDiskPressure：检查节点磁盘空间是否符合要求

CheckNodeMemoryPressure：检查节点内存是否够用

除了这些过滤算法之外，还有一些其他的算法，更多更详细的我们可以查看源码文件：k8s.io/kubernetes/pkg/scheduler/algorithm/predicates/predicates.go。

而Priorities优先级是由一系列键值对组成的，键是该优先级的名称，值是它的权重值，同样，我们这里给大家列举几个具有代表性的选项：

LeastRequestedPriority：通过计算 CPU 和内存的使用率来决定权重，使用率越低权重越高，当然正常肯定也是资源是使用率越低权重越高，能给别的 Pod 运行的可能性就越大

SelectorSpreadPriority：为了更好的高可用，对同属于一个 Deployment 或者 RC 下面的多个 Pod 副本，尽量调度到多个不同的节点上，当一个 Pod 被调度的时候，会先去查找该 Pod 对应的 controller，然后查看该 controller 下面的已存在的 Pod，运行 Pod 越少的节点权重越高

ImageLocalityPriority：就是如果在某个节点上已经有要使用的镜像节点了，镜像总大小值越大，权重就越高

NodeAffinityPriority：这个就是根据节点的亲和性来计算一个权重值，后面我们会详细讲解亲和性的使用方法

除了这些策略之外，还有很多其他的策略，同样我们可以查看源码文件：k8s.io/kubernetes/pkg/scheduler/algorithm/priorities/ 了解更多信息。每一个优先级函数会返回一个0-10的分数，分数越高表示节点越优，同时每一个函数也会对应一个表示权重的值。最终主机的得分用以下公式计算得出：

finalScoreNode = (weight1 * priorityFunc1) + (weight2 * priorityFunc2) + … + (weightn * priorityFuncn)

1.2 自定义调度

上面就是 kube-scheduler 默认调度的基本流程，除了使用默认的调度器之外，我们也可以自定义调度策略。

1.3 调度器扩展

kube-scheduler在启动的时候可以通过 --policy-config-file参数来指定调度策略文件，我们可以根据我们自己的需要来组装Predicates和Priority函数。选择不同的过滤函数和优先级函数、控制优先级函数的权重、调整过滤函数的顺序都会影响调度过程。

下面是官方的 Policy 文件示例：

{
  "kind" : "Policy",
  "apiVersion" : "v1",
  "predicates" : [
      {"name" : "PodFitsHostPorts"},
      {"name" : "PodFitsResources"},
      {"name" : "NoDiskConflict"},
      {"name" : "NoVolumeZoneConflict"},
      {"name" : "MatchNodeSelector"},
      {"name" : "HostName"}
  ],
  "priorities" : [
      {"name" : "LeastRequestedPriority", "weight" : 1},
      {"name" : "BalancedResourceAllocation", "weight" : 1},
      {"name" : "ServiceSpreadingPriority", "weight" : 1},
      {"name" : "EqualPriority", "weight" : 1}
  ]
}

1.4 多调度器

如果默认的调度器不满足要求，还可以部署自定义的调度器。并且，在整个集群中还可以同时运行多个调度器实例，通过 podSpec.schedulerName 来选择使用哪一个调度器（默认使用内置的调度器）。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  schedulerName: my-scheduler  # 选择使用自定义调度器 my-scheduler
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.10

要开发我们自己的调度器也是比较容易的，比如我们这里的 my-scheduler:

首先需要通过指定的 API 获取节点和 Pod

然后选择phase=Pending和schedulerName=my-scheduler的pod

计算每个 Pod 需要放置的位置之后，调度程序将创建一个Binding对象

然后根据我们自定义的调度器的算法计算出最适合的目标节点

1.5 优先级调度

与前面所讲的调度优选策略中的优先级（Priorities）不同，前面所讲的优先级指的是节点优先级，而我们这里所说的优先级 pod priority 指的是 Pod 的优先级，高优先级的 Pod 会优先被调度，或者在资源不足低情况牺牲低优先级的 Pod，以便于重要的 Pod 能够得到资源部署。

要定义 Pod 优先级，就需要先定义PriorityClass对象，该对象没有 Namespace 的限制：

apiVersion: v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: high-priority
value: 1000000
globalDefault: false
description: "This priority class should be used for XYZ service pods only."

其中：

value为 32 位整数的优先级，该值越大，优先级越高

globalDefault用于未配置 PriorityClassName 的 Pod，整个集群中应该只有一个PriorityClass将其设置为 true

然后通过在 Pod 的spec.priorityClassName中指定已定义的PriorityClass名称即可：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  priorityClassName: high-priority

另外一个值得注意的是当节点没有足够的资源供调度器调度 Pod，导致 Pod 处于 pending 时，抢占（preemption）逻辑就会被触发。Preemption会尝试从一个节点删除低优先级的 Pod，从而释放资源使高优先级的 Pod 得到节点资源进行部署。

现在我们通过下面的图再去回顾下 kubernetes 的调度过程是不是就清晰很多了：

图片.png-306.4kB

2. Kubernetes 亲和性调度

一般情况下我们部署的 Pod 是通过集群的自动调度策略来选择节点的，默认情况下调度器考虑的是资源足够，并且负载尽量平均，但是有的时候我们需要能够更加细粒度的去控制 Pod 的调度，比如我们内部的一些服务 gitlab 之类的也是跑在Kubernetes集群上的，我们就不希望对外的一些服务和内部的服务跑在同一个节点上了，害怕内部服务对外部的服务产生影响；但是有的时候我们的服务之间交流比较频繁，又希望能够将这两个服务的 Pod 调度到同一个的节点上。这就需要用到 Kubernetes 里面的一个概念：亲和性和反亲和性。

亲和性有分成节点亲和性(nodeAffinity)和 Pod 亲和性(podAffinity)。

2.1 nodeSelector

在了解亲和性之前，我们先来了解一个非常常用的调度方式：nodeSelector。我们知道label是kubernetes中一个非常重要的概念，用户可以非常灵活的利用 label 来管理集群中的资源，比如最常见的一个就是 service 通过匹配 label 去匹配 Pod 资源，而 Pod 的调度也可以根据节点的 label 来进行调度。

我们可以通过下面的命令查看我们的 node 的 label：

[root@node01 ~]# kubectl get nodes --show-labels
NAME      STATUS    ROLES     AGE       VERSION   LABELS
master    Ready     master    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=master,node-role.kubernetes.io/master=
node01    Ready     <none>    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=node01
node02    Ready     <none>    21m       v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=node02

现在我们先给节点node01增加一个com=youdianzhishi的标签，命令如下：

[root@node01 ~]# kubectl label nodes node01 com=youdianzhishi
node "node01" labeled

我们可以通过上面的--show-labels参数可以查看上述标签是否生效。

[root@node01 ~]# kubectl get nodes --show-labels
NAME      STATUS    ROLES     AGE       VERSION   LABELS
master    Ready     master    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=master,node-role.kubernetes.io/master=
node01    Ready     <none>    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,com=youdianzhishi,kubernetes.io/hostname=node01
node02    Ready     <none>    28m       v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=node02

当 node 被打上了相关标签后，在调度的时候就可以使用这些标签了，只需要在 Pod 的spec字段中添加nodeSelector字段，里面是我们需要被调度的节点的 label 即可。比如，下面的 Pod 我们要强制调度到 node01 这个节点上去，我们就可以使用 nodeSelector 来表示了：(node-selector-demo.yaml)

[root@node01 ~]# vim node-selector-demo.yaml
[root@node01 ~]# cat node-selector-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app: busybox-pod
  name: test-busybox
spec:
  containers:
  - command:
    - sleep
    - "3600"
    image: busybox
    imagePullPolicy: Always
    name: test-busybox
  nodeSelector:
    com: youdianzhishi

然后我们可以通过 describe 命令查看调度结果：

[root@node01 ~]# kubectl create -f node-selector-demo.yaml 
pod "test-busybox" created


[root@node01 ~]# kubectl describe pod test-busybox
Name:         test-busybox
Namespace:    default
Node:         node01/192.168.200.11
Start Time:   Sat, 25 Sep 2021 23:18:38 +0800
Labels:       app=busybox-pod
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.1.8

...

QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  com=youdianzhishi
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
  Type    Reason                 Age   From               Message
  ----    ------                 ----  ----               -------
  Normal  Scheduled              46s   default-scheduler  Successfully assigned test-busybox to node01
  Normal  SuccessfulMountVolume  46s   kubelet, node01    MountVolume.SetUp succeeded for volume "default-token-ztfk2"
  Normal  Pulling                44s   kubelet, node01    pulling image "busybox"
  Normal  Pulled                 37s   kubelet, node01    Successfully pulled image "busybox"
  Normal  Created                37s   kubelet, node01    Created container
  Normal  Started                37s   kubelet, node01    Started container

我们可以看到 Events 下面的信息，我们的 Pod 通过默认的 default-scheduler 调度器被绑定到了node01节点。不过需要注意的是nodeSelector属于强制性的，如果我们的目标节点没有可用的资源，我们的 Pod 就会一直处于 Pending 状态，这就是nodeSelector的用法。

通过上面的例子我们可以感受到nodeSelector的方式比较直观，但是还够灵活，控制粒度偏大，接下来我们再和大家了解下更加灵活的方式：节点亲和性(nodeAffinity)。

2.2 亲和性和反亲和性调度

上节课我们了解了 kubernetes 调度器的一个调度流程，我们知道默认的调度器在使用的时候，经过了 predicates 和 priorities 两个阶段，但是在实际的生产环境中，往往我们需要根据自己的一些实际需求来控制 pod 的调度，这就需要用到 nodeAffinity(节点亲和性)、podAffinity(pod 亲和性) 以及 podAntiAffinity(pod 反亲和性)。

亲和性调度可以分成软策略和硬策略两种方式:

软策略就是如果你没有满足调度要求的节点的话，pod 就会忽略这条规则，继续完成调度过程，说白了就是满足条件最好了，没有的话也无所谓了的策略

硬策略就比较强硬了，如果没有满足条件的节点的话，就不断重试直到满足条件为止，简单说就是你必须满足我的要求，不然我就不干的策略。

对于亲和性和反亲和性都有这两种规则可以设置： preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution和requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，前面的就是软策略，后面的就是硬策略。

这命名不觉得有点反人类吗？有点无语......

2.3 nodeAffinity

节点亲和性主要是用来控制 pod 要部署在哪些主机上，以及不能部署在哪些主机上的。它可以进行一些简单的逻辑组合了，不只是简单的相等匹配。

比如现在我们用一个 Deployment 来管理3个 pod 副本，现在我们来控制下这些 pod 的调度，如下例子：（node-affinity-demo.yaml）

[root@node01 ~]# vim node-affinity-demo.yaml
[root@node01 ~]# cat node-affinity-demo.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: affinity
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 15
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity
      role: test
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity
        role: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: nginxweb
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬策略
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/hostname
                operator: NotIn
                values:
                - node02
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 软策略
          - weight: 1
            preference:
              matchExpressions:
              - key: com
                operator: In
                values:
                - youdianzhishi

上面这个 pod 首先是要求不能运行在 node02 这个节点上，如果有个节点满足com=youdianzhishi的话就优先调度到这个节点上。

下面是我们测试的节点列表信息：

[root@node01 ~]# kubectl get nodes --show-labels
NAME      STATUS    ROLES     AGE       VERSION   LABELS
master    Ready     master    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=master,node-role.kubernetes.io/master=
node01    Ready     <none>    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,com=youdianzhishi,kubernetes.io/hostname=node01
node02    Ready     <none>    34m       v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=node02

可以看到 node01 节点有com=youdianzhishi这样的 label，按要求会优先调度到这个节点来的，现在我们来创建这个 pod，然后使用descirbe命令查看具体的调度情况是否满足我们的要求。

[root@node01 ~]# kubectl create -f node-affinity-demo.yaml
deployment.apps "affinity" created

[root@node01 ~]# kubectl get pods -l app=affinity -o wide
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
affinity-74dbdcf64f-2x82n   1/1       Running   0          25s       10.244.1.11   node01
affinity-74dbdcf64f-4wkrx   1/1       Running   0          25s       10.244.1.10   node01
affinity-74dbdcf64f-mvdph   1/1       Running   0          25s       10.244.1.9    node01

从结果可以看出 pod 都被部署到了 node01，其他节点上没有部署 pod，这里的匹配逻辑是 label 的值在某个列表中，现在Kubernetes提供的操作符有下面的几种：

In：label 的值在某个列表中

NotIn：label 的值不在某个列表中

Gt：label 的值大于某个值

Lt：label 的值小于某个值

Exists：某个 label 存在

DoesNotExist：某个 label 不存在

如果nodeSelectorTerms下面有多个选项的话，满足任何一个条件就可以了；如果matchExpressions有多个选项的话，则必须同时满足这些条件才能正常调度 POD。

2.4 podAffinity

pod 亲和性主要解决 pod 可以和哪些 pod 部署在同一个拓扑域中的问题（其中拓扑域用主机标签实现，可以是单个主机，也可以是多个主机组成的 cluster、zone 等等），而 pod 反亲和性主要是解决 pod 不能和哪些 pod 部署在同一个拓扑域中的问题，它们都是处理的 pod 与 pod 之间的关系，比如一个 pod 在一个节点上了，那么我这个也得在这个节点，或者你这个 pod 在节点上了，那么我就不想和你待在同一个节点上。

由于我们这里只有一个集群，并没有区域或者机房的概念，所以我们这里直接使用主机名来作为拓扑域，把 pod 创建在同一个主机上面。

[root@node01 ~]# kubectl get nodes --show-labels
NAME      STATUS    ROLES     AGE       VERSION   LABELS
master    Ready     master    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=master,node-role.kubernetes.io/master=
node01    Ready     <none>    102d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,com=youdianzhishi,kubernetes.io/hostname=node01
node02    Ready     <none>    36m       v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=node02

同样，还是针对上面的资源对象，我们来测试下 pod 的亲和性：（pod-affinity-demo.yaml）

[root@node01 ~]# vim pod-affinity-demo.yaml
[root@node01 ~]# cat pod-affinity-demo.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: affinity
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 15
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity
      role: test
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity
        role: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: nginxweb
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬策略
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - busybox-pod
            topologyKey: kubernetes.io/hostname

上面这个例子中的 pod 需要调度到某个指定的主机上，至少有一个节点上运行了这样的 pod：这个 pod 有一个app=busybox-pod的 label。

我们查看有标签app=busybox-pod的 pod 列表：

[root@node01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=busybox-pod
NAME           READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP           NODE
test-busybox   1/1       Running   0          8m        10.244.1.8   node01

我们看到这个 pod 运行在了 node01 的节点上面，所以按照上面的亲和性来说，上面我们部署的3个 pod 副本也应该运行在 node01 节点上：

[root@node01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=affinity
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
affinity-74dbdcf64f-2x82n   1/1       Running   0          3m        10.244.1.11   node01
affinity-74dbdcf64f-4wkrx   1/1       Running   0          3m        10.244.1.10   node01
affinity-74dbdcf64f-mvdph   1/1       Running   0          3m        10.244.1.9    node01

如果我们把上面的 test-busybox 和 affinity 这个 Deployment 都删除，然后重新创建 affinity 这个资源，看看能不能正常调度呢：

[root@node01 ~]# kubectl delete -f pod-affinity-demo.yaml 
deployment.apps "affinity" deleted
[root@node01 ~]# kubectl delete -f node-selector-demo.yaml 
pod "test-busybox" deleted

[root@node01 ~]# kubectl create -f pod-affinity-demo.yaml
deployment.apps "affinity" created
[root@node01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=affinity
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP        NODE
affinity-564f9d7db9-965d8   0/1       Pending   0          6s        <none>    <none>
affinity-564f9d7db9-bp2mf   0/1       Pending   0          6s        <none>    <none>
affinity-564f9d7db9-z5vb8   0/1       Pending   0          6s        <none>    <none>

我们可以看到处于Pending状态了，这是因为现在没有一个节点上面拥有busybox-pod这个 label 的 pod，而上面我们的调度使用的是硬策略，所以就没办法进行调度了，大家可以去尝试下重新将 test-busybox 这个 pod 调度到 node02 这个节点上，看看上面的 affinity 的3个副本会不会也被调度到 node02 这个节点上去？

[root@node01 ~]# kubectl label nodes node02 com=youdianzhishi
node "node02" labeled

我们这个地方使用的是kubernetes.io/hostname这个拓扑域，意思就是我们当前调度的 pod 要和目标的 pod 处于同一个主机上面，因为要处于同一个拓扑域下面，为了说明这个问题，我们把拓扑域改成beta.kubernetes.io/os，同样的我们当前调度的 pod 要和目标的 pod 处于同一个拓扑域中，目标的 pod 是不是拥有beta.kubernetes.io/os=linux的标签，而我们这里3个节点都有这样的标签，这也就意味着我们3个节点都在同一个拓扑域中，所以我们这里的 pod 可能会被调度到任何一个节点：

[root@node01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=affinity
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP           NODE
affinity-564f9d7db9-2wlqh   1/1       Running   0          3m        10.244.2.5   node02
affinity-564f9d7db9-9q9n9   1/1       Running   0          3m        10.244.2.3   node02
affinity-564f9d7db9-qhvtk   1/1       Running   0          3m        10.244.2.4   node02

2.5 podAntiAffinity

这就是 pod 亲和性的用法，而 pod 反亲和性则是反着来的，比如一个节点上运行了某个 pod，那么我们的 pod 则希望被调度到其他节点上去，同样我们把上面的 podAffinity 直接改成 podAntiAffinity，(pod-antiaffinity-demo.yaml)

[root@node01 ~]# vim pod-antiaffinity-demo.yaml
[root@node01 ~]# cat pod-antiaffinity-demo.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: affinity
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 15
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity
      role: test
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity
        role: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: nginxweb
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬策略
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - busybox-pod
            topologyKey: kubernetes.io/hostname

这里的意思就是如果一个节点上面有一个app=busybox-pod这样的 pod 的话，那么我们的 pod 就别调度到这个节点上面来，上面我们把app=busybox-pod这个 pod 固定到了 node02 这个节点上面来，所以正常来说我们这里的 pod 不会出现在 node02 节点上：

[root@node01 ~]# kubectl create -f pod-antiaffinity-demo.yaml
deployment.apps "affinity" created

[root@node01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=affinity
NAME                       READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
affinity-bcbd8854f-89tf9   1/1       Running   0          34s       10.244.1.30   node01
affinity-bcbd8854f-bcfqq   1/1       Running   0          31s       10.244.1.31   node01
affinity-bcbd8854f-hzz2v   1/1       Running   0          37s       10.244.1.29   node01

这就是 pod 反亲和性的用法。

2.6 污点（taints）与容忍（tolerations）

对于nodeAffinity无论是硬策略还是软策略方式，都是调度 pod 到预期节点上，而Taints恰好与之相反，如果一个节点标记为 Taints ，除非 pod 也被标识为可以容忍污点节点，否则该 Taints 节点不会被调度 pod。

比如用户希望把 Master 节点保留给 Kubernetes 系统组件使用，或者把一组具有特殊资源预留给某些 pod，则污点就很有用了，pod 不会再被调度到 taint 标记过的节点。我们使用kubeadm搭建的集群默认就给 master 节点添加了一个污点标记，所以我们看到我们平时的 pod 都没有被调度到 master 上去：

[root@node01 ~]# kubectl describe node master
Name:               master
Roles:              master
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    kubernetes.io/hostname=master
                    node-role.kubernetes.io/master=
Annotations:        flannel.alpha.coreos.com/backend-data={"VtepMAC":"c2:4c:3e:8f:62:73"}
                    flannel.alpha.coreos.com/backend-type=vxlan
                    flannel.alpha.coreos.com/kube-subnet-manager=true
                    flannel.alpha.coreos.com/public-ip=192.168.200.10
                    node.alpha.kubernetes.io/ttl=0
                    volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach=true
CreationTimestamp:  Tue, 15 Jun 2021 02:26:07 +0800
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
Unschedulable:      false
......

我们可以使用上面的命令查看 master 节点的信息，其中有一条关于 Taints 的信息：node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule，就表示给 master 节点打了一个污点的标记，其中影响的参数是NoSchedule，表示 pod 不会被调度到标记为 taints 的节点，除了 NoSchedule 外，还有另外两个选项：

PreferNoSchedule：NoSchedule 的软策略版本，表示尽量不调度到污点节点上去

NoExecute：该选项意味着一旦 Taint 生效，如该节点内正在运行的 pod 没有对应 Tolerate 设置，会直接被逐出

污点 taint 标记节点的命令如下：

[root@node01 ~]# kubectl taint nodes node02 test=node02:NoSchedule
node "node02" tainted

上面的命名将 node02 节点标记为了污点，影响策略是 NoSchedule，只会影响新的 pod 调度，如果仍然希望某个 pod 调度到 taint 节点上，则必须在 Spec 中做出Toleration定义，才能调度到该节点，比如现在我们想要将一个 pod 调度到 master 节点：(taint-demo.yaml)

[root@node01 ~]# vim taint-demo.yaml
[root@node01 ~]# cat taint-demo.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: taint
  labels:
    app: taint
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: taint
  template:
    metadata:
      labels:
        app: taint
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
      tolerations:
      - key: "node-role.kubernetes.io/master"
        operator: "Exists"
        effect: "NoSchedule"

由于 master 节点被标记为了污点节点，所以我们这里要想 pod 能够调度到 master 节点去，就需要增加容忍的声明：

tolerations:
- key: "node-role.kubernetes.io/master"
  operator: "Exists"
  effect: "NoSchedule"

然后创建上面的资源，查看结果：

[root@node01 ~]# kubectl create -f taint-demo.yaml
deployment.apps "taint" created

[root@node01 ~]# kubectl get pods -o wide -l app=affinity
NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP           NODE
affinity-564f9d7db9-cb4sw   1/1       Running   0          2m        10.244.2.7   node02
affinity-564f9d7db9-hxvrk   1/1       Running   0          5m        10.244.2.6   master
affinity-564f9d7db9-jgzqs   1/1       Running   0          2m        10.244.2.8   node02

我们可以看到有一个 pod 副本被调度到了 master 节点，这就是容忍的使用方法。

对于 tolerations 属性的写法，其中的 key、value、effect 与 Node 的 Taint 设置需保持一致，还有以下几点说明：

如果 operator 的值是 Exists，则 value 属性可省略

如果 operator 的值是 Equal，则表示其 key 与 value 之间的关系是 equal(等于)

如果不指定 operator 属性，则默认值为 Equal

另外，还有两个特殊值：

空的 key 如果再配合 Exists 就能匹配所有的 key 与 value，也是是能容忍所有 node 的所有 Taints

空的 effect 匹配所有的 effect

最后，如果我们要取消节点的污点标记，可以使用下面的命令：

$ kubectl taint nodes node02 test-
node "node02" untainted

这就是污点和容忍的使用方法。

作者：退役小学生

出处：https://www.cnblogs.com/ywb123

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