Kubernetes 之集群调度
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我们现在有这样一个需求，就是集群中多台服务的配置是不一致的。这就导致资源分配并不是均匀的，比如我们需要有些服务节点用来运行计算密集型的服务，而有些服务节点来运行需要大量内存的服务。而在 k8s 中当然也配置了相关服务来处理上述的问题，那就是 Scheduler。
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：
公平 如何保证每个节点都能被分配资源 资源高效利用 集群所有资源最大化被使用 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 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，表明该 Pod 应该放到哪个节点上。
调度过程
调度分为几个部分：首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为 predicate；然后对通过的节点按照优先级排序，这个是 priority；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。Predicate 有一系列的算法可以使用：
如果在 predicate 过程中没有合适的节点，pod 会一直在 pending 状态，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：
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。
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:
name: annotation-second-scheduler
labels:
name: multischeduler-example
spec:
schedulername: my-scheduler
containers:
- name: pod-with-second-annotation-container
image: gcr.io/google_containers/pause:2.1
亲和性
亲和性包括：节点亲和 Pod 亲和性
亲和性简而言之就是，表示我们部署的服务更加趋向于运行那些节点上面，增加了服务的部署可控性。
节点亲和性
pod.spec.nodeAffinity
键值运算关系
# 每个节点都有标识来标识自己
# kubernetes.io/hostname; kubernetes.io/arch
$ kubectl get node --show-labels
NAME STATUS ROLES AGE VERSION LABELS
k8s-node1 Ready <none> 3d v1.19.4 kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node1,kubernetes.io/os=linux
k8s-node2 Ready <none> 3d v1.19.4 kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node2,kubernetes.io/os=linux
k8s-master Ready control-plane,master 5d v1.19.4 kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/control-plane=,node-role.kubernetes.io/master=
硬策略 - requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: affinity
labels:
app: node-affinity-pod
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: hub.escape.com/library/myapp:v1
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: kubernetes.io/hostname
operator: NotIn
values:
- k8s-node
软策略 - preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: affinity
labels:
app: node-affinity-pod
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: hub.escape.com/library/myapp:v1
affinity:
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 1
preference:
matchExpressions:
- key: source
operator: In
values:
- test
硬软策略合体
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: affinity
labels:
app: node-affinity-pod
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: hub.escape.com/library/myapp:v1
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: kubernetes.io/hostname
operator: NotIn
values:
- k8s-node
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 1
preference:
matchExpressions:
- key: source
operator: In
values:
- test
Pod 亲和性
pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
硬策略 - requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软策略 - preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-3
labels:
app: pod-3
spec:
containers:
- name: pod-3
image: hub.escape.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
污点和容忍
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。
污点
污点的组成 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 表示 k8s 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上 PreferNoSchedule 表示 k8s 将尽量避免将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上 NoExecute 表示 k8s 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上，同时会将 Node 上已经存在的 Pod 驱逐出去
# master节点默认自带污点
$ kubectl get node
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
k8s-node1 Ready <none> 3d v1.20.0
k8s-node2 Ready <none> 5d v1.20.0
k8s-master Ready control-plane,master 5d v1.20.0
# 查看master及诶单的抹点标识
$ kubectl describe node k8s-master
Taints: node-role.kubenetes.io/master:NoSchedule
污点的设置、查看和去除
# 设置污点
$ kubectl taint nodes k8s-node1 key1=value1:NoSchedule
$ kubectl taint nodes k8s-node1 type=master:NoExecute
# 节点说明中查找Taints字段
$ kubectl describe pod pod-name
# 去除污点
$ kubectl taint nodes k8s-node1 key1:NoSchedule-
容忍
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，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 其中 operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值 其中 key, value, effect 要与 Node 上设置的 taint 保持一致 其中 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
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-3
labels:
app: pod-3
spec:
containers:
- name: pod-3
image: hub.escape.com/library/myapp:v1
tolerations:
- key: "type"
operator: "Equal"
value: "master"
effect: "NoSchedule"
tolerationSeconds: 3600
- key: "type"
operator: "Equal"
value: "master"
effect: "NoExecute"
- key: "type"
operator: "Exists"
effect: "NoSchedule"
当不指定 key 值时，表示容忍所有的污点 key
tolerations:
operator: "Exists"
当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用
tolerations:
- key: "key"
operator: "Exists"
有多个 Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置
# 尽可能不在Master节点运行
$ kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule
指定调度节点
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:
name: myweb
spec:
replicas: 7
template:
metadata:
labels:
app: myweb
spec:
nodeName: k8s-node1
containers:
- name: myweb
image: hub.escape.com/library/myapp:v1
ports:
- containerPort: 80
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:
name: myweb
spec:
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: myweb
spec:
nodeSelector:
type: BackendNode
containers:
- name: myweb
image: hub.escape.com/library/myapp:v1
ports:
作者: Escape 链接: https://www.escapelife.site/posts/cdb0b508.html