k8s学习-集群调度

4.7、集群调度

4.7.1、说明

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：

• 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

  Sheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直持续链接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：

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

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

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

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

• 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，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

Node亲和性

pod.spec.nodeAffinity：

• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

# 查看node的labels
[root@k8s-master ~]# kubectl get node --show-labels
NAME         STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
k8s-master   Ready    master   3d22h   v1.15.1   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
k8s-node1    Ready    <none>   3d22h   v1.15.1   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node1,kubernetes.io/os=linux
k8s-node2    Ready    <none>   3d22h   v1.15.1   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node2,kubernetes.io/os=linux

下面描述了一个Pod的Node亲和性设置，表示不会在k8s-node03节点上运行，可能在k8s-node01、k8s-node02节点上运行，而k8s-node01的权重（可能性）大。

vim affinity-node.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod01
  labels:
    app: pod01
spec: 
  containers: 
  - name: nginx
    image: habor-repo.com/library/nginx:v1 
    imagePullPolicy: IfNotPresent # 镜像下载策略为：本地有的话不用重新下载
  affinity:
    nodeAffinity:
      # 该硬策略表示不在k8s-node03节点上运行（这里做实验其实不存在node03）
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬策略
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname # node的label
            operator: NotIn # label值不在某个列表中
            values:
            - k8s-node03
      # 软策略
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 3 # 权重，因为可以有多个
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname # node的label
            operator: In # label值在某个列表中
            values:
            - k8s-node01
      - weight: 1 
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In 
            values:
            - k8s-node02
 

kubectl create -f affinity-node.yml
# 此时pod01大概率会在node01上面
#kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod01   1/1     Running   0          19s   10.244.1.30   k8s-node1   <none>           <none>

键值运算关系：

• In：label 的值在某个列表中
• NotIn：label 的值不在某个列表中
• Gt：label 的值大于某个值
• Lt：label 的值小于某个值
• Exists：某个 label 存在
• DoesNotExist：某个 label 不存在

Pod亲和性

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity：

• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

目前有pod01、pod02、pod03，新建一个pod04希望pod04和pod01运行在同一个node上：

1）先创建pod01、pod02、pod03

vim pod01.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod01
  labels:
    app: pod01
spec: 
  containers: 
  - name: nginx
    image: habor-repo.com/library/nginx:v1 
    imagePullPolicy: IfNotPresent # 镜像下载策略为：本地有的话不用重新下载

vim pod02.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod02
  labels:
    app: pod02
spec: 
  containers: 
  - name: nginx
    image: habor-repo.com/library/nginx:v1 
    imagePullPolicy: IfNotPresent # 镜像下载策略为：本地有的话不用重新下载

vim pod03.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod03
  labels:
    app: pod03
spec: 
  containers: 
  - name: nginx
    image: habor-repo.com/library/nginx:v1 
    imagePullPolicy: IfNotPresent # 镜像下载策略为：本地有的话不用重新下载

#创建三个pod
kubectl create -f pod01.yml
kubectl create -f pod02.yml
kubectl create -f pod03.yml
#查看
[root@k8s-master pod]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod01   1/1     Running   0          11s   10.244.2.164   k8s-node2   <none>           <none>
pod02   1/1     Running   0          8s    10.244.1.31    k8s-node1   <none>           <none>
pod03   1/1     Running   0          6s    10.244.1.32    k8s-node1   <none>           <none>

新建一个pod04希望和pod01运行在一起

vim pod04.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata: 
  name: pod04
  labels:
    app: pod04
spec: 
  containers: 
  - name: nginx
    image: habor-repo.com/library/nginx:v1 
    imagePullPolicy: IfNotPresent # 镜像下载策略为：本地有的话不用重新下载
  affinity:
    podAffinity: # pod亲和
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 软策略
      - weight: 3
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - pod01
          topologyKey: kubernetes.io/hostname
      - weight: 1
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - pod02
          topologyKey: kubernetes.io/hostname
    podAntiAffinity: # 反亲和
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬策略
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - pod02
            - pod03
        topologyKey: kubernetes.io/hostname # node节点的命名空间，不能为空      

这里pod04对pod01、pod02是亲和的软策略，但是对pod02、pod03是反亲和的硬策略，最终pod04还是最运行在pod01所在的node上

kubectl create -f pod04.yml
# 发现 pod04 和 pod01 运行在同一个节点
[root@k8s-master pod]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod01   1/1     Running   0          27m     10.244.2.164   k8s-node2   <none>           <none>
pod02   1/1     Running   0          27m     10.244.1.31    k8s-node1   <none>           <none>
pod03   1/1     Running   0          27m     10.244.1.32    k8s-node1   <none>           <none>
pod04   1/1     Running   0          3m20s   10.244.2.165   k8s-node2   <none>           <none>

亲和性/反亲和性调度策略比较如下：

调度策略	匹配标签	操作符	拓扑域支持	调度目标
nodeAffinity	主机	In, NotIn, Exists,DoesNotExist, Gt, Lt	否	指定主机
podAffinity	POD	In, NotIn, Exists,DoesNotExist	是	POD与指定POD同一拓扑域
podAnitAffinity	POD	In, NotIn, Exists,DoesNotExist	是	POD与指定POD不在同一拓扑域

污点&容忍度

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

1）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

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 tainteffect 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

2）污点的设置、查看和去除

# 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:NoSchedule

# 例子：
# 查看所有的node
[root@k8s-master pod]# kubectl get node
NAME         STATUS   ROLES    AGE     VERSION
k8s-master   Ready    master   4d      v1.15.1
k8s-node1    Ready    <none>   3d23h   v1.15.1
k8s-node2    Ready    <none>   3d23h   v1.15.1
# 给 node01添加tain 去除所有的该节点上的pod
kubectl taint nodes k8s-node1 author=bart:NoExecute

# 验证
[root@k8s-master pod]# kubectl get pod -o wide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod01   1/1     Running   0          47m   10.244.2.164   k8s-node2   <none>           <none>
pod04   1/1     Running   0          23m   10.244.2.165   k8s-node2   <none>           <none>

# 删除（后面添加减号"-"即可）
kubectl taint nodes k8s-node1 author=bart:NoExecute-

容忍度

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

• 其中 key, vaule, effect 要与 Node 上设置的 taint 保持一致
• operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值
• 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: key1
  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 k8s-master01 node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

指定调度节点

1）强制指定

vim fix01.yml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata: 
      labels:
        app: nginx
    spec:
      nodeName: k8s-node1 # 强制指定节点
      containers:
      - name: nginx
        image: habor-repo.com/library/nginx:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent 
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl create -f fix01.yml
kubectl get pod -o wide

# 删除
kubectl delete deploy --all
kubectl delete pod --all

2）标签选择

vim fix02.yml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata: 
      labels:
        app: nginx
    spec:
      nodeSelector: # 标签选择所有的kv必须是"与"操作即包含了同样的
        nodeTag: bart
        nodeName: bart
      containers:
      - name: nginx
        image: habor-repo.com/library/nginx:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent 
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl create -f fix02.yml
kubectl get deploy
kubectl get pod -o wide

# 查看标签
kubectl get nodes --show-labels
# 添加 label
kubectl label node k8s-node1 nodeName=bart
kubectl label node k8s-node1 nodeTag=bart

kubectl label node k8s-node2 nodeName=bart
kubectl label node k8s-node2 nodeTag=bart
# 删除label
kubectl label node k8s-node1 nodeName-
kubectl label node k8s-node1 nodeTag-
kubectl label node k8s-node2 nodeName-
kubectl label node k8s-node2 nodeTag-

# 修改replicas数量为 6
kubectl edit deploy nginx-deployment

kubectl get pod -o wide

# 删除
kubectl delete deploy --all
kubectl delete pod --all