【K8s】Kubernetes 服务调度详解
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基本介绍
在 Kubernetes 中，服务调度是指 kube-scheduler 组件根据特定的调度算法和策略，将 Pod 分配到最合适的 Node 节点上，以满足应用程序的资源需求和 Kubernetes 集群的资源限制，实现集群资源充分、合理的利用。
工作原理
kube-scheduler 持续监听 kube-apiserver，当检查到没有绑定 Node 节点的 Pod（即 PodSpec.NodeName 为空）时，会为其分配 Node 节点并进行绑定。
整个调度过程大致可以分为 3 个阶段：
- 预选阶段：过滤掉不满足条件的 Node 节点，这个过程称为 Predicates
- 优选阶段：对满足条件的 Node 节点进行优先级排序，称之为 Priorities
- 选定阶段：从多个优选出的 Node 节点中随机选择一个
如果中间任何一个阶段出现错误，就会直接返回错误。
节点绑定
节点绑定（Node Selector）是一种调度机制，该机制基于 Node 节点的标签，将 Pod 调度到具有特定标签的 Node 节点上，实现与指定 Node 节点的绑定。
资源清单示例如下：
# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: demo-deployment
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: demo-deployment
template:
metadata:
labels:
app: demo-deployment
spec:
containers:
- name: demo-container
image: demo-image:latest
ports:
- containerPort: 80
nodeSelector:
kubernetes.io/hostname: my-node01
🔔 可以通过 kubectl get node <node_name> --show-labels 查看节点标签上述 deployment.yaml 文件通过 nodeSelector 字段，将新创建的 Pod 绑定到具有 kubernetes.io/hostname=my-node01 标签（即主机名为 my-node01 ）的 Node 节点。
亲和性调度
亲和性调度（Affinity Scheduling）是一种高级调度机制，允许 Pod 调度到指定的 Node 节点，或与指定 Pod 运行在同一 Node 节点上，实现保障应用程序性能等目标，如减少应用模块间通信延迟，提高数据访问速度。
1、亲和性类型
亲和性调度包括 2 种类型：
- 节点亲和性（Node Affinity）：基于 Node 节点的标签调度 Pod
- Pod 亲和性（Pod Affinity）：基于同一命名空间下指定 Pod 的标签调度 Pod
2、亲和性规则
亲和性调度的规则包括 2 种类型：
- RequiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：Pod 在调度时必须满足指定条件，是一种硬策略
- PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：Pod 在调度时首选满足指定条件，但不是强制性的。如果无法满足指定条件，Pod 仍然可以被调度到其他节点上，是一种软策略
3、Node Affinity
# 资源清单（示例）
...
spec:
containers:
- name: demo-container
image: demo-image:latest
ports:
- containerPort: 80
...
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: kubernetes.io/hostname
operator: In / NotIn / Exists / DoseNotExist / Gt / Lt
values:
- my-node01
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 1
preference:
matchExpressions:
- key: kubernetes.io/hostname
operator: In / NotIn / Exists / DoseNotExist / Gt / Lt
values:
- my-node01
...
🔔 operator 选项说明：
In：满足一个就满足
NotIn：一个都不能满足
Exist：只要存在就满足
DoesNotExist：只要不存在就满足
Gt：必须要打大于节点上的数值
Lt：必须要打小于节点上的数值
==========================================================================
🔔 若同时指定 nodeSelector 和 nodeAffinity，同时满足时，Pod 才能调度到节点上
🔔 若在 nodeSelectorTerms 中指定了多个条件，满足任意一个，Pod 就可以调度到节点上
🔔 若在单个 matchExpressions 中指定多个表达式，同时满足时，Pod 才能调度到节点上4、Pod Affinity
# 资源清单（示例）
...
spec:
containers:
- name: demo-container
image: demo-image:latest
ports:
- containerPort: 80
...
affinity:
podAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In / NotIn
values:
- demo-pod
topologyKey: kubernetes.io/hostname
weight: 100
...反亲和性调度（Anti-Affinity Scheduling）是一种高级调度机制，确保 Pod 不会同时被调度到同一个 Node 节点上，以避免资源争用、提高容错性，有助于实现故障域隔离和负载均衡。
1、反亲和性类型
Pod 反亲和性（Pod Anti-Affinity）：基于同一命名空间下指定 Pod 的标签调度 Pod
2、反亲和性规则
反亲和性调度的规则包括 2 种类型：
- RequiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：Pod 在调度时必须满足指定条件，是一种硬策略
- PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：Pod 在调度时首选满足指定条件，但不是强制性的。如果无法满足指定条件，Pod 仍然可以被调度到其他节点上，是一种软策略
3、Pod Anti-Affinity
# 资源清单（示例）
...
spec:
containers:
- name: demo-container
image: demo-image:latest
ports:
- containerPort: 80
...
affinity:
podAntiAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In / NotIn
values:
- demo-pod
topologyKey: kubernetes.io/hostname
weight: 100
...1、污点
在 Kubernetes 中，污点（Taint）是一种节点标记，被污点标记的 Node 节点不允许调度 Pod。
污点具有键（Key）、值（Value）、效应（Effect）三种属性，其中效应包含 3 种类型：
- NoSchedule：默认类型，未配置容忍该污点的 Pod 不会被调度到该节点上
- PreferNoSchedule：Pod 尽量避免被调度到该节点上，但不是强制性的
- NoExecute：未配置容忍该污点的 Pod 不会被调度到该节点上，且在污点生效时会驱逐（Evict）已经运行在该节点上的未配置容忍该污点的 Pod
2、容忍
容忍（Tolerate）是 Pod 可以配置的一种属性，配置了容忍该污点的 Pod 可以被调度到该节点上。
# 资源清单（示例）
...
spec:
containers:
- name: demo-container
image: demo-image:latest
ports:
- containerPort: 80
...
tolerations:
- key: "demo-key"
operator: "Exists"
value: "demo-value"
effect: "NoSchedule"
tolerationSeconds: 6000
...
🔔 operator 值可以为 Exists、Equal，值为 Exists 时 value 可以省略
🔔 tolerationSeconds 用于指定 Pod 被驱逐时，可以继续在 Node 上运行的时间相关命令
1、label
# 新增节点标签
kubectl label node <node-name> key=value
# 删除节点标签
kubectl label node <node-name> key-
# 修改节点标签
kubectl label node <node-name> key=value --overwrite
# 查看节点标签
kubectl get node <node-name> --show-labels2、taint
# 新增污点标记
kubectl taint node <node-name> key=value:NoSchedule
kubectl taint node <node-name> key=value:NoExecute
# 删除污点标记：
kubectl taint nodes <node-name> key-
# 查看污点标记：
kubectl describe node <node-name>3、cordon
# 使节点不可调度（ 运行的 Pod 不会被驱逐 ）
kubectl cordon <node-name>
# 使节点恢复调度
kubectl uncordon <node-name>4、drain
# 驱逐节点上的 Pod，且使节点不可调度 Pod
kubectl drain <node-name>
# 节点恢复调度方法
kubectl uncordon <node-name>腾讯云开发者
