K8S集群调度

Scheduler 是 kubernetes 的调度器，主要任务是把定义的 pod 分配到集群的节点上。有四点需要考虑：

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
灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑
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

Sheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直监听 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。

1、调度说明

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。这个要和上面的一起使用, 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。

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: arminto/my_nginx:v1

2、调度亲和性

一般情况下 POD 是通过集群自动调度选择某个节点的，默认情况下调度器考虑的是资源足够，并且负载尽量平均，但是有的时候需要能够更加细粒度的去控制 POD 的调度，比如内部的一些服务 gitlab 之类的也是跑在Kubernetes集群上的，就不希望对外的一些服务和内部的服务跑在同一个节点上了，害怕内部服务对外部的服务产生影响；有的时候两个服务直接交流比较频繁，又希望能够将这两个服务的 POD 调度到同样的节点上。

这就需要用到 Kubernetes 里面的一个概念：亲和性，亲和性主要分为两类：nodeAffinity和podAffinity。

节点亲和性（nodeAffinity）

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.spec.nodeAffinity

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nodeaffinity01
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: arminto/my_nginx:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - k8s-node-192.168.2.55

$ kubectl get nodes --show-labels   # 查看节点的LABELS

$ kubectl get pod -owide   # 由于没有k8s-node-192.168.2.55值的key，而且还是硬策略，所以pod会一直pending中。
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nodeaffinity01   0/1     Pending   0          5s    <none>   <none>   <none>           <none>

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nodeaffinity02
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: arminto/my_nginx:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - k8s-node-192.168.2.55

$ kubectl get pod -owide     # 软策略
NAME             READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE
nodeaffinity01   0/1     Pending   0          3m46s   <none>       <none>
nodeaffinity02   1/1     Running   0          5s      10.244.4.8   k8s-node-192.168.2.33

Tips：硬策略和软策略是可以合并一起使用的，但是必须要先满足硬策略，才能在满足软策略。

Pod 亲和性（podAffinity）

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: test
  labels:
    app: lemon
spec:
  containers:
  - name: lemon
    image: arminto/my_nginx:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - k8s-node-192.168.2.33
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: lemon
  labels:
    app: lemon
spec:
  containers:
  - name: lemon
    image: arminto/my_nginx:v1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - lemon
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: tools
              operator: In
              values:
              - armin
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

$ kubectl get pod -owide
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE
lemon   1/1     Running   0          4s    10.244.4.12   k8s-node-192.168.2.33
test    1/1     Running   0          4s    10.244.4.11   k8s-node-192.168.2.33

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

Tips：拓扑域就是节点的意思

3、调度污点

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

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(Taint)

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：

1	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:NoExecute

# 节点说明中，查找 Taints 字段
$ kubectl describe node node-name

# 去除污点
$ kubectl taint nodes node1 key1:NoExecute-

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: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 3600
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
- key: "key2"
  operator: "Exists"
  effect: "PreferNoSchedule"

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 Node 上继续保留运行的时间，会一直循环

1、不指定 key 值时，表示容忍所有的污点 key

1 2	tolerations: - operator: "Exists"

2、当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用

1
2
3

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

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

4、固定节点

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: web01
spec:
  replicas: 5
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web01
    spec:
      nodeName: k8s-node-192.168.2.22
      containers:
      - name: web01
        image: arminto/my_nginx: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: web02
spec:
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web02
    spec:
      nodeSelector:
        k1: v1
      containers:
      - name: web02
        image: arminto/my_nginx:v1
        ports:
        - containerPort: 80

1	$ kubectl label node k8s-node-192.168.2.33 k1=v1

LEMON

Kubernetes集群调度（九）