第十五章 Kubernetes调度器

一、简介

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：

①　公平：如何保证每个节点都能被分配资源

②　资源高效利用：集群所有资源最大化被使用

③　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

④　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（必须遵守的），表明该 pod 应该放到哪个节点上

 二、调度过程

 调度分为几个部分：

 1) 首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为predicate（预选）；

 2) 然后对通过的节点按照优先级排序，这个是priority（优选）；

 3) 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（先预选，后优选）

 Predicate（预选）有一系列的算法可以使用：

 ①　PodFitsResources：节点上剩余的资源是否大于 pod 请求的资源

 ②　PodFitsHost：如果 pod 指定了 NodeName，检查节点名称是否和 NodeName 匹配

 ③　PodFitsHostPorts：节点上已经使用的 port 是否和 pod 申请的 port 冲突

 ④　PodSelectorMatches：过滤掉和 pod 指定的 label 不匹配的节点

 ⑤　NoDiskConflict：已经 mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不冲突，除非它们都是只读

 如果在 predicate 过程中没有合适的节点，pod 会一直在pending状态（pending：等待），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：

 LeastRequestedPriority：通过计算 CPU 和 Memory 的使用率来决定权重，使用率越低权重越高。换句话说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点

BalancedResourceAllocation：节点上 CPU 和 Memory 使用率越接近，权重越高。这个应该和上面的一起使用，不应该单独使用

ImageLocalityPriority：倾向于已经有要使用镜像的节点，镜像总大小值越大，权重越高

 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

 三、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:2.0

四、节点亲和性（pod与node的亲和性）

pod.spec.nodeAffinity preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（优先执行计划）：软策略 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution（要求执行计划）：硬策略 preferred：首选，较喜欢 required：需要，必修
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution #节点硬策略。排除node02，只能在node01上运行 apiVersion: v1 kind: Pod metadata: name: affinity  labels:  app: node-affinity-pod spec:  containers:  - name: with-node-affinity image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1  affinity:            #亲和性  nodeAffinity:        #node亲和性 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  nodeSelectorTerms:  - matchExpressions:  - key: kubernetes.io/hostname operator: NotIn      #键值运算关系 ，NotIn:label的值不在某个列表中 values:  - k8s-node02	Terms：条件 matchExpressions：匹配表达式 operator：操作人员
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution #r软策略 apiVersion: v1 kind: Pod metadata:  name: affinity labels:  app: node-affinity-pod spec:  containers:  - name: with-node-affinity  image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1  affinity:  nodeAffinity:  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  - weight: 1   #权重，权重越大越亲和(多个软策略的情况)  preference: matchExpressions:  - key: source operator: In values: - qikqiak  查看：kubectl get node --show-labels
合体 apiVersion: v1 kind: Pod metadata:  name: affinity  labels:  app: node-affinity-pod spec:  containers:  - name: with-node-affinity  image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1  affinity:  nodeAffinity: requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  nodeSelectorTerms:  - matchExpressions:  - key: kubernetes.io/hostname  operator: NotIn  values: - k8s-node02  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  - weight: 1  preference:  matchExpressions:  - key: source  operator: In values: - qikqiak

键值运算关系

 ①　In：label 的值在某个列表中

 ②　NotIn：label 的值不在某个列表中

 ③　Gt：label 的值大于某个值

 ④　Lt：label 的值小于某个值

 ⑤　Exists：某个 label 存在

 ⑥　DoesNotExist：某个 label 不存在

 五、Pod 亲和性（pod与pod之间的亲和性）

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity l preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略 l requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略
apiVersion: v1 kind: Pod metadata:  name: pod-3 labels:  app: pod-3 spec:  containers:  - name: pod-3  image: hub.atguigu.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如下：

 六、Taint 和 Toleration

 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

 1、污点 ( Taint ) 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:K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能再调度过来，但是老的运行在node上不受影响

NoExecute：K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能调度过来，老的pod也会被驱逐

PreferNoSchedule：pod会尝试将pod分配到该节点

2、污点的设置、查看和去除

 

#查看节点污点
kubectl describe node node-name

# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
# 节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe pod pod-name 
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule-

 

pod设置容忍一个污点

apiVersion: apps/v1Beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deploy
spec:
  replicas: 1
    selector:
      matchLabels:
        app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        images: nginx:laste
        ports:
        - containerPort: 80       
    tolerations:  #containers同级
    - key: "key1"          #能容忍的污点key
      operator: "Equal"    #Equal等于表示key=value ， Exists不等于，表示当值不等于下面value正常
      value: "value1"      #值
      effect: "NoExecute"  #effect策略，见上面
      tolerationSeconds: 3600  #原始的pod多久驱逐，注意只有effect: "NoExecute"才能设置，不然报错

七、容忍(Tolerations)

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 ( Toleration ) ，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   tolerations: - key: "key1"  operator: "Equal"  value: "value1" effect: "NoSchedule" tolerationSeconds: 3600 - key: "key1" operator: "Equal"  value: "value1" effect: "NoExecute" - key: "key2"  operator: "Exists" effect: "NoSchedule"
l 其中 key, vaule, effect 要与 Node 上设置的 taint 保持一致 l operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值 l 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

 

1、当不指定 key 值时，表示容忍所有的污点 key：

tolerations:

- operator: "Exists"

2、当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用

tolerations:

- key: "key"

operator: "Exists"

3、有多个 Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置

kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

 配置节点故障后Pod重新调度的时间

例如下面的配置文件，对于notReady和unreachable状态的节点，其上的Pod等待300秒，如果仍未恢复，则会停止执行。

 

 八、指定调度节点

1、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-node01  containers:  - name: myweb image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1  ports: - containerPort: 80

2、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: backEndNode1 containers:  - name: myweb  image: harbor/tomcat:8.5-jre8 ports: - containerPort: 80

链接：

https://www.cnblogs.com/cocowool/p/taints_and_tolerations.html

https://www.bilibili.com/video/av66617940/?p=58

NoExecute：K8Snode添加这个effecf类型污点，新的不能容忍的pod不能调度过来，老的pod也会被驱逐