kubernetes调度
Overviewkube-scheduler 是kubernetes控制平面的核心组件，其默认行为是将 pod 分配给节点，同时平衡Pod与Node间的资源利用率。通俗来讲就是 kube-scheduler 在运行在控制平面，并将工作负载分配给 Kubernetes 集群。
本文将深入 Kubernetes 调度的使用，包含：”简单调度”，”亲和度“，“污点与容忍与驱逐”。最后会分析下 Scheduler Performance Tuning，即微调scheduler的参数来适应集群。
简单的调度
NodeName
最简单的调度可以指定一个 NodeName 字段，使Pod可以运行在对应的节点上。如下列资源清单所示
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: netpod
spec:
containers:
- name: netbox
image: cylonchau/netbox
nodeName: node01通过上面的资源清单Pod最终会在 node01上运行。这种情况下也会存在很多的弊端，如资源节点不足，未知的nodename都会影响到Pod的正常工作，通常情况下，这种方式是不推荐的。
$ kubectl describe pods netpod
Name: netpod
Namespace: default
...
QoS Class: BestEffort
Node-Selectors:<none>
Tolerations: node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ -------- -------
NormalPulling86s kubeletPulling image "cylonchau/netbox"
NormalPulled 17s kubeletSuccessfully pulled image "cylonchau/netbox"
NormalCreated17s kubeletCreated container netbox
NormalStarted17s kubeletStarted container netbox
$ kubectl get pods netpod-o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
netpod 1/1 Running 0 48m 192.168.0.3 node01 <none> <none>通过上面的输出可以确定，通过 NodeName 方式是不经过 scheduler 调度的
nodeSelector
label 是 kubernetes中一个很重要的概念，通常情况下，每一个工作节点都被赋予多组 label ,可以通过命令查看对应的 label 。
$ kubectl get node node01 --show-labels
NAME STATUS ROLES AGE VERSION LABELS
node01 Ready <none> 15h v1.18.20 beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node01,kubernetes.io/os=linux而 nodeSelector 就是根据这些 label ，来选择具有特定一个或多个标签的节点。例如，如果需要在一组特定的节点上运行pod，可以设置在 “PodSpec” 中定义nodeSelector 为一组键值对：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: netpod-nodeselector
spec:
selector:
matchLabels:
app: netpod
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: netpod
spec:
containers:
- name: netbox
image: cylonchau/netbox
nodeSelector:
beta.kubernetes.io/os: linux对于上面的pod来讲，Kubernetes Scheduler 会找到带有 beta.kubernetes.io/os: linux标签的节点。对于更多kubernetes内置的标签，可以参考
对于标签选择器来说，最终会分布在具有标签的节点上
kubectl describe pod netpod-nodeselector-69fdb567d8-lcnv6
Name: netpod-nodeselector-69fdb567d8-lcnv6
Namespace: default
...
QoS Class: BestEffort
Node-Selectors:beta.kubernetes.io/os=linux
Tolerations: node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
NormalScheduled8m18sdefault-schedulerSuccessfully assigned default/netpod-nodeselector-69fdb567d8-lcnv6 to node01
NormalPulling 8m17skubelet Pulling image "cylonchau/netbox"
NormalPulled 7m25skubelet Successfully pulled image "cylonchau/netbox"
NormalCreated 7m25skubelet Created container netbox
NormalStarted 7m25skubelet Started container netbox节点亲和性
对于使用了调度功能的系统来说，亲和度 （Affinity）是个很常见的概念，通常亲和度发生在并行（parallel ）环境中；在这种环境下，亲和度提供了在一个节点上运行pod可能比在其他节点上运行更有效，而计算亲和度通常由多种条件组成。一般情况下，亲和度分为“软亲和与硬亲和
[*]软亲和，Soft Affinity，是调度器尽可能将任务保持在同一个节点上。这只是一种尝试；如果不可行，则将进程迁移到另一个节点
[*]硬亲和，Hard affinity，硬亲和度是强行将任务绑定到指定的节点上
而在kubernetes中也支持亲和度的概念，而亲和度是与 nodeSelector 配合形成的一个算法。其中硬亲和被定义为requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution；软亲和被定义为 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
[*]硬亲和性（requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution）：必须满足条件，否则调度程序无法调度 Pod。
[*]软亲和性 （preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution）：scheduler 将查找符合条件的节点。如果没有满足要求的节点将忽略这条规则，scheduler 将仍会调度 Pod。
Node Affinity
Node Affinity参数说明
调度程序会更倾向于将 pod 调度到满足该字段指定的亲和性表达式的节点，但它可能会选择违反一个或多个表达式的节点。最优选的节点是权重总和最大的节点，即对于满足所有调度要求（资源请求、requiredDuringScheduling 亲和表达式等）的每个节点，通过迭代该字段的元素来计算总和如果节点匹配相应的matchExpressions，则将“权重”添加到总和中；具有最高和的节点是最优选的。
如果在调度时不满足该字段指定的亲和性要求，则不会将 Pod 调度到该节点上。如果在 pod 执行期间的某个时间点不再满足此字段指定的亲和性要求（例如，由于更新），系统可能会或可能不会尝试最终将 pod 从其节点中逐出。
affinity 范围应用于 Pod.Spec 下，参数如下：
[*]nodeAffinity：node亲和度相关根配置
[*]preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软亲和
[*]preference (required)：选择器
[*]matchExpressions：匹配表达式，标签可以指定部分
[*]key ( -required-)：
[*]operator ( -required-)：# 与一组 key-values的运算方式。
[*]In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt。
[*]values ()：
[*]matchFields：匹配字段
[*]key ( -required-)：
[*]operator ( -required-)：# 与一组 key-values的运算方式。
[*]In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt。
[*]values ()：
[*]weight (required)：范围为 1-100，具有最高和的节点是最优选的
[*]requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬亲和
[*]nodeSelectorTerms
[*]matchExpressions：
[*]key ( -required-)：
[*]operator ( -required-)：# 与一组 key-values的运算方式。
[*]In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt。
[*]values ()：
[*]matchFields：
[*]key ( -required-)：
[*]operator ( -required-)：一组 key-values 的运算方式。
[*]In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt。
[*]values ()：
Notes: matchFields使用的是资源清单的字段（kubectl get node -o yaml），而matchExpressions匹配的是标签
Node Affinity示例
上面的介绍了解到了Kubernetes中相对与 nodeSelector可以更好表达复杂的调度需求：节点亲和性，使用PodSpec中的字段 .spec.affinity.nodeAffinity指定相关 affinity 配置。
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: netpod-nodeselector
spec:
selector:
matchLabels:
app: netpod
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: netpod
spec:
containers:
- name: netbox
image: cylonchau/netbox
affinity:
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 1
preference:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- test上面的清单表明，当节点存在 app: test 标签时，会调度到对应的Node上，如果没有节点匹配这些条件也不要紧，会根据普通匹配进行调度。
当硬策略和软策略同时存在时的情况，根据设置的不同，硬策略优先级会高于软策略，哪怕软策略权重设置为100
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: netpod-nodeselector
spec:
selector:
matchLabels:
app: netpod
replicas: 2
template:
metadata:
labels:
app: netpod
spec:
containers:
- name: netbox
image: cylonchau/netbox
affinity:
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 1
preference:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- test
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: topology.kubernetes.io/zone
operator: In
values:
- antarctica-east1
- antarctica-west1下面是报错信息
WarningFailedScheduling4s (x3 over 24s)default-scheduler0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match node selector.Pod亲和性
pod亲和性和反亲和性是指根据节点上已运行的Pod的标签而不是Node标签来限制Pod可以在哪些节点上调度。例如：X 满足一个或多个运行 Y 的条件，这个时候 Pod满足在X中运行。其中 X 为拓扑域，Y 则是规则。
Notes：官方文档中不推荐pod亲和度在超过百个节点的集群中使用该功能
Pod亲和性配置
Pod亲和性和反亲和性与Node亲和性类似，affinity 范围应用于 Pod.Spec.podAffinity下，这里不做重复复述，可以参考Node亲和性参数说明部分。
topologyKey，不允许是空值，该值将影响Pod部署的位置，影响范围为，与亲和性条件匹配的对应的节点中的什么拓扑，topologyKey的拓扑域由label标签决定。
除了 topologyKey 之外，还有标签选择器 labelSelector与 名称空间 namespaces 可以作为同级的替代选项
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: netpod-podaffinity
spec:
selector:
matchLabels:
app: podaffinity
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: podaffinity
spec:
containers:
- name: podaffinity
image: cylonchau/netbox
affinity:
podAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- netpod
topologyKey: zone如果没有Pod匹配到规则，则pending状态
WarningFailedScheduling59s (x2 over 59s)default-scheduler0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match pod affinity rules, 2 node(s) didn't match pod affinity/anti-affinity.Pod Anti-Affinity
在某些场景下，部分节点不应该有很多资源，即某些节点不想被调度。例如监控运行节点由于其性质，不希望该节点上有很多资源，或者因节点配置的不同，配置较低节点不希望调度很多资源；在这种情况下，如果将符合预期之外的Pod调度过来会降低其托管业务的性能。这种情况下就需要 反亲和度（Anti-Affinity）来使Pod远离这组节点
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: netpod-podaffinity
spec:
selector:
matchLabels:
app: podaffinity
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: podaffinity
spec:
containers:
- name: podaffinity
image: cylonchau/netbox
affinity:
podAntiAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 100
podAffinityTerm:
labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- netpod
topologyKey: zoneTaints And Tolerations
Taints
亲和度和反亲和度虽然可以阻止Pod在特定节点上运行，但还存在一个问题，就是亲和度和反亲和度需要声明运行的节点或者是不想运行的节点，如果忘记声明，还是会被调度到对应的Node上。Kubernetes还提供了一种驱逐Pod的方法，就是污点（Taints）与容忍（Tolerations）。
创建一个污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
$ kubectl taint nodes mon01 role=monitoring:NoSchedule删除一个污点，
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule-除了 NoSchedule ，还有 PreferNoSchedule 与 NoExecute
[*]PreferNoSchedule ：类似于软亲和性的属性，尽量去避免污点，但不是强制的。
[*]NoExecute 表示，当Pod还没在节点上运行时，并且存在至少一个污点时生效，此时Pod不会被调度到该节点；当Pod已经运行在节点上时，并且存在至少一个污点时生效，Pod将会从节点上被驱逐。
Tolerations
当Node有污点时，在调度时会自动被排除。当调度在受污染的节点上执行Predicate部分时将失败，而容忍度则是使 pod 具有对该节点上的污点进行容忍，即拥有容忍度的Pod可以调度到有污点的节点之上。
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: netpod-podaffinity
spec:
selector:
matchLabels:
app: podaffinity
replicas: 1
template:
metadata:
labels:
app: podaffinity
spec:
containers:
- name: podaffinity
image: cylonchau/netbox
tolerations:
- key: "role"
operator: "Equal"
value: "monitoring"
effect: "NoSchedule"
affinity:
podAntiAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 100
podAffinityTerm:
labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- netpod
topologyKey: zone容忍度中存在一个特殊字段 TolerationSeconds ，表示容忍的时间，默认不会设置，即永远容忍污点。设置成0或者负数表示理解驱逐。仅在污点为 NoExecute 时生效
operator 属性有两个值 Exists 和 Equal
[*]如果 operator 为 Exists，则无需 value 属性，因为判断的是有污点的情况下。
[*]如果 operator 为 Equal，则表示 key 与 value 之间的关系是 \(key=value\)
[*]空 key，并且operator为 Exists，将匹配到所有，即容忍所有污点
[*]空 effect 匹配所有effect ，即匹配所有污点；这种情况下加上条件的话，可以容忍所有类型的污点
驱逐
当污点设置为 NoExecute这种情况下会驱逐Pod，驱逐条件又如下几个：
[*]不容忍污点的 pod 会立即被驱逐
[*]容忍污点但未配置 tolerationSeconds 属性的会保持不变，即该节点与Pod保持绑定
[*]容忍指定污点的 pod 并且配置了tolerationSeconds 属性，节点与Pod绑定状态仅在配置的时间内。
Kubernetes内置了一些污点，此时 Controller 会自动污染节点：
[*]node.kubernetes.io/not-ready: Node故障。对应 NodeCondition 的Ready =False。
[*]node.kubernetes.io/unreachable：Node控制器无法访问节点。对应 NodeCondition Ready= Unknown。
[*]node.kubernetes.io/memory-pressure：Node内存压力。
[*]node.kubernetes.io/disk-pressure：Node磁盘压力。
[*]node.kubernetes.io/pid-pressure：Node有PID压力。
[*]node.kubernetes.io/network-unavailable：Node网络不可用。
[*]node.kubernetes.io/unschedulable：Node不可调度。
Notes：Kubernetesnode.kubernetes.io/not-ready 属性和 node.kubernetes.io/unreachable 属性添加容差时效 tolerationSeconds=300。即在检测到其中问题后，Pod 将保持绑定5分钟。
Reference
创建一个会被调度到特定节点上的 Pod
nodeSelector
labels annotations taints
affinity and anti-affinity
inter pod affinity and anti affinity
taint and toleration
evictions
出处：http://lc161616.cnblogs.com/本文版权归作者和博客园共有，欢迎转载，但未经作者同意必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文连接，否则保留追究法律责任的权利。 阿里云优惠：点击力享低价墨墨学英语：帮忙点一下
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