pod的调度策略、定向调度、亲和性调度、污点、容忍污点

本文主要是介绍pod的调度策略、定向调度、亲和性调度、污点、容忍污点，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

pod的4种调度策略

默认情况下，一个pod被调度到哪个node节点是由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，这并不能满足所以要求，很多时候我们想控制某些pod到达某些节点，所以kubernetes就为我们提供了4种pod的调度策略来解决该问题。

自由调度：pod运行在哪个节点完全由scheduler经过一系列算法计算得出
定向调度：采用nodeName、nodeSelector来实现pod定向调度
亲和性调度：NodeAffinityinity、PodAffinity、PodAntiAffinity
污点、容忍调度：Taints、Toleration

pod的定向调度

通过在定义pod时，设置nodeName、NodeSelector等字段来实现pod定向调度到指定的节点上。
nodeName用于强制约束将pod调度到指定的node节点上，这方式其实是直接跳过scheduler的调度逻辑，直接将pod调度到指定的node节点上，如果指定的node几点不存在，也会往上调度，只不过pod运行失败而已。
nodeName调度如下演示：

[root@master ~]# vim pod-busybox.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-command
  labels:
    env: dev
  namespace: default
spec:
  nodeName: node2			#指定pod调度到node2
  containers:
  - image: busybox
    name: busybox-container
    command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt;sleep 3;done;"]
    resources:
      limits:
        cpu: 2
        memory: 2G
      requests:
        cpu: 1
        memory: 500M
[root@master ~]# kubectl get pod pod-command  -o wide		#可以看到pod已经调度到node2上
NAME          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-command   1/1     Running   0          38s   10.244.2.76   node2   <none>           <none>
[root@master ~]#

nodeSelector用于将pod调度到指定的标签上的node节点，它通过k8s的标签选择器机制实现的，也就说，scheduler使用MathNodeSelector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，该匹配规则也是强制约束，即如果没有node匹配的上，也会往上调度，只不过pod运行失败而已。
nodeSelector调度演示如下：

[root@master ~]#  kubectl label node node2 env=test	#首先为node2打标签env=test
[root@master ~]# cat deplyment_nginx1.yaml		#创建一个deployment,有3个pod副本
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata: 
  name: deployment-nginx1
  labels: 
    env: dev
    tiar: front
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
     matchLabels:
         app: nginx
  template:
     metadata:
       labels:
         app: nginx
     spec:
         nodeSelector:					#定义节点选择器，把pod调度到有标签env=test的节点上
           env: test
         containers:
         - image: nginx:1.7.9
           name: nginx-container
           ports:
           - name: http 
             containerPort: 80
[root@master ~]# 
[root@master ~]# kubectl  get pod -l app=nginx -o wide		#pod已经全部调度到node2节点上了
NAME                               READY STATUS    RESTARTS  AGE     IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES        <none>
deployment-nginx1-774c75c9bb-m4nfh  1/1   Running   0        7m25s   10.244.2.84    node2   <none>     <none>
deployment-nginx1-774c75c9bb-mgntc  1/1   Running   0        7m25s   10.244.2.85    node2   <none>      <none>
deployment-nginx1-774c75c9bb-x8q8s  1/1   Running   0        7m25s   10.244.2.83    node2   <none>      <none>
[root@master ~]#

pod的亲和性调度

上面说的nodeName和nodeSelector都属于定向调度，都是强制性的，即如果没有node匹配的上，pod就会运行失败，这显然太过于死板，不够圆滑，所以kubernetes还提供了亲和性调度。
亲和性调度是在nodeSelector的基础上进行了扩展，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，实现调度更加灵活。

Affinity主要有三类：

nodeAffinity（node亲和性）：以node为目标，解决pod可以调度到哪些node的问题；
podAffinity（pod亲和性）：以某个pod为目标将pod调度到其附近，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不可以和哪些已存在的pod部署在同一个拓扑域中的问题
关于亲和性（反亲和性）的使用场景说明：
亲和性：如果两个应用频繁交互，那么就有必要利用亲和性让两个应用的pod尽可能的靠近。以减少因网络通行带来的性能损耗；
反亲和性：当应用采用多不副本部署时，有必要采用反亲和性让各个应用实例分散部署在各个node，以提高服务的高可靠性。

nodeAffinity 节点亲和性调度
nodeAffinity调度也可分为硬亲和性调度，软亲和性调度，首先来查看一下nodeAffinity的可配置项：

 kubectl explain  pod.spec.affinity.nodeAffinity
 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution         #硬亲和性，如果找不到满足规则的node，则pod就会调度失败
    nodeSelectorTerms					#节点选择列表
      matchExpressions					#按节点标签列出的节点选择器要求列表（推荐）
        key						#键
        operator					#关系符，支持In,NotIn,Exists,DoesNotExist,Gt,Lt
        values						#值
    matchFields						#按节点字段列出的节点选择器要求列表
        key						#键
        operator					#关系符，支持In,NotIn,Exists,DoesNotExist,Gt,Lt
        values						#值
 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution	#软亲和，表示优先调度到满足指定规则的node中去，如果都找不到满足指定规则的node，那就随机分配到node上去
    weight						#倾向权重，值为1-100，表示该项匹配规则的权重值
    preference						#一个节点选择器项，与相应的权重项关联
      matchExpressions					#按节点标签列出的节点选择器要求列表（推荐）
        key						#键
        operator					#关系运算符，支持In,NotIn,Exists,DoesNotExist,Gt,Lt
        values						#值
      matchFields					#按节点字段列出的节点选择器要求列表
        key						#键
        operator					#关系运算符，支持In,NotIn,Exists,DoesNotExist,Gt,Lt
        values						#值

#更多关系运算符讲解：
1. In        #在,表示key的值在指定的列表其中一项即可匹配成功;
2. NotIn     #与In相反,表示key的值不在指定的列表，满足的话即表示匹配成功;
3. Exists    #存在,存在是对标签的key而言，表示存在指定的key则表示匹配成功，使用Exists的话不用写value，因为Exists是针对key而言;
4. Gt        #greater than的简写，大于的意思，表示大于指定的值则匹配成功;
5. Lt        #less than的简写，小于的意思，表示小于指定的值则匹配成功;
6. DoesNotExists  #不存在该标签的节点

nodeAffinity 节点亲和性调度演示范例
编写pod的yaml资源清单，定义两个pod，一个是硬亲和性，一个软亲和性，都以匹配node节点标签来演示：

[root@master pod]# cat pod-nodeaffinity 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod-nodeaffinity-required
  labels: 
    env: dev
  namespace: default
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    name: nginx-container-nodeaffinity-required
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
  affinity:								#亲和性
    nodeAffinity:							#节点亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:			#硬亲和性，不满足匹配规则则pod调度失败
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:						#匹配表达式
          - key: env							#表示node标签匹配env=xx,或env=yy都可以调度上去
            operator: In
            values: ["xx","yy"]

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-preferred
  labels:
    env: dev
  namespace: default
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    name: nginx-container-nodeaffinity-preferred
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
  affinity:								#亲和性
    nodeAffinity:							#节点亲和性
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:			#软亲和性，不满足匹配规则时pod将会被随机调度（软亲和性保证了pod不会调度失败）
      - weight: 1							#该preference节点选择器项的权重
        preference:							#节点选择器项
          matchExpressions:						#匹配表达式
          - key: env							#表示node标签匹配env=xx,或env=yy都可以调度上去
            operator: In
            values: ["xx","yy"]
[root@master pod]#

#因为只有node2有个env=test的标签，所以我们预期，第一个名为 pod-nodeaffinity-required的pod将会调度失败，因为它是硬亲和性，而第二个nginx-container-nodeaffinity-preferred是软亲和性，即使不满足匹配表达式，但是pod也能成功调度到任意一个node节点。

#查看第一个硬亲和性的pod调度是否成功
[root@master pod]# kubectl  get pod pod-nodeaffinity-required		#硬亲和性的pod调度失败
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-nodeaffinity-required   0/1     Pending   0          18m
[root@master pod]# kubectl  describe  pod pod-nodeaffinity-required | tail -5		#失败原因
Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  18m   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector.
  Warning  FailedScheduling  17m   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector.
[root@master pod]# 
#查看第二个软亲和性的pod调度是否成功
[root@master pod]# kubectl  get pod pod-nodeaffinity-preferred -o wide		#pod调度成功，随机被调度到node1上
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nodeaffinity-preferred   1/1     Running   0          15m   10.244.1.138   node1   <none>           <none>
[root@master pod]# 

#更多节点亲和性的调度不再演示

podAffinity pod亲和性调度
podAffinity pod亲和性调度也可分为硬亲和性调度，软亲和性调度，首先来查看一下podAffinity 的可配置项：

kubectl  explain  Pod.spec.affinity.podAffinity
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution			#pod的硬亲和性
  namespaces							#指定参照的pod的命名空间
  topologyKey							#指定调度作用域
  labelSelector							#标签选择器
    matchExpressions						#匹配表达式
      key							#键
      operator							#关系运算符，支持In,NotIn,Exists,DoesNotExist,Gt,Lt
      values							#值
     matchLabels						#指定多个matchExpressions映射的内容

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution			#pod的软亲和性
  weight
  podAffinityTerm
    namespaces							#指定参照的pod的命名空间
    topologyKey							#指定调度作用域
    labelSelector						#标签选择器
      matchExpressions						#匹配表达式
        key							#键
        operator						#关系运算符，支持In,NotIn,Exists,DoesNotExist,Gt,Lt
        values							#值
       matchLabels						#指定多个matchExpressions映射的内容

podAffinity pod亲和性调度演示范例
下面模拟一个场景，即mysql pod运行在node2上，为了让应用pod更加接近mysql pod，所以利用节点亲和性让应用pod也被调度到mysql pod所在node2节点上去。

#假设已经有一个mysql pod在node2上面跑了，现在需要创建应用pod并定义podAffinity 亲和性，让应用pod也调度到和mysql pod在同一个节点
[root@master pod]# kubectl  get pod pod-mysql-server  -o wide
NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-mysql-server   1/1     Running   0          16s   10.244.2.105   node2   <none>           <none>
[root@master pod]# 

#本次只模拟podAffinity 硬亲和性，podAffinity 的软亲和性可自行模拟，大同小异
[root@master pod]# cat pod-podaffinity.yaml 			#编译一个pod来实现podAffinity硬亲和性
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod-podaffinity-required
  labels: 
    env: dev
  namespace: default
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    name: nginx-container-podaffinity-required		
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
  affinity:								#定义亲和性
    podAffinity:							#类型为podAffinity亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	#硬亲和性，表示必须匹配得上才调度成功，匹配不上则调度失败，pod将创建失败
      - labelSelector:							#标签选择器
           matchExpressions:						#表达式
           - key: app							#key为app,这个key其实是目标pod的key
             operator: In						#运算符
             values: ["aa","bb"]						
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

#由于我们的mysql pod的标签为app=mysql,所以本次硬亲和性匹配失败，pod将会调度失败，如下所示：
[root@master pod]# kubectl get  -f pod-podaffinity.yaml 		#查看pod的状态，pod状态显示度失败
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod-podaffinity-required   0/1     Pending   0          8s
[root@master pod]# kubectl describe  pod pod-podaffinity-required| tail -5	#查看详细信息，显示不满足pod affinity 
Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  30s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match pod affinity rules.
[root@master pod]# 

#删除pod之后，将定义匹配规则修改为values: ["mysql","bb"],然后重新创建pod，查看pod，如下：
[root@master pod]# kubectl get -f pod-podaffinity.yaml -o wide	#发现pod已经调度到node2上面去了,说明pod亲和性设置成功
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-required   1/1     Running   0          47s   10.244.2.107   node2   <none>           <none>
[root@master pod]#

podAntiAffinity pod反亲和性调度
podAntiAffinity pod反亲和性调度也有硬反亲和性、软反亲和性，其语法与podAffinity pod亲和性调度基本一致。

[root@master pod]# vim pod-podantiaffinity.yaml 		#创建一个pod反亲和性yaml文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podantiaffinity-required
  labels:
    env: dev
  namespace: default
spec:
  containers:
  - image: nginx:latest
    name: nginx-container-podantiaffinity-required
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
  affinity:								#定义亲和性
    podAntiAffinity:							#类型为反亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	                #硬反亲和性
      - labelSelector:							#标签选择器
           matchExpressions:						#表达式，结和反亲和性，整个意思就是不调度pod到具有app=mysql的pod所在的node节点
           - key: app
             operator: In
             values: ["mysql"]
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
[root@master pod]# kubectl apply  -f pod-podantiaffinity.yaml 
pod/pod-podantiaffinity-required created
[root@master pod]# kubectl get   -f pod-podantiaffinity.yaml -o wide 	#查看pod，pod已经被调度到node1，pod反亲和性模拟成功
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podantiaffinity-required   1/1     Running   0          12s   10.244.1.139   node1   <none>           <none>
[root@master pod]#

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