k8s中的集群調度

文章目錄

  • k8s中的集群調度
      • Pod 創建流程
    • 通過指定節點來創建pod所在的node節點
    • 通過標簽來指定pod創建在哪個節點上
    • pod 的親和性
    • Pod的親和性和反親和性
      • 親和性（Affinity）
      • 反親和性（Anti-Affinity）
    • 污點與容忍
      • 污點（Taint）
      • 容忍（Tolerations）

k8s中的集群調度

Kubernetes 是通過 List-Watch 的機制進行每個組件的協作，保持數據同步的，每個組件之間的設計實現了解耦

在 Kubernetes 集群中，Pod 是最小的部署單元，它包含一個或多個容器。Pod 的創建和調度是由 Kubernetes 的多個組件共同完成的，包括 API Server、Controller Manager、Scheduler 和 kubelet。本文將帶您深入了解這一過程。

Pod 創建流程

  1. 用戶請求：用戶通過 kubectl 或其他 API 客戶端向 API Server 發送創建 Pod 的請求。
  2. 存儲請求：API Server 將 Pod 的元數據存儲到 etcd 中。一旦存儲成功，API Server 向客戶端確認請求完成。
  3. 事件通知：etcd 在存儲操作完成后，會向 API Server 發送一個創建事件。
  4. Controller Manager 監聽：Controller Manager 通過 List-Watch 機制監聽 API Server 的事件。當它接收到 Pod 創建事件時，會檢查是否有對應的 Replication Controller (RC) 或其他控制器來確保所需的 Pod 副本數量。
  5. 調度準備：如果 Pod 副本數量不足，Controller Manager 會創建新的 Pod 副本，并在 API Server 中記錄詳細信息。
  6. Scheduler 監聽：Scheduler 也通過 List-Watch 機制監聽 API Server 的事件。當它接收到新的 Pod 創建事件時，它將決定將該 Pod 調度到哪個 Node 上。
  7. 調度決策：Scheduler 根據一系列的調度算法和策略（如資源需求、節點親和性等）來選擇最佳的 Node。
  8. 綁定 Pod：Scheduler 更新 Pod 的信息，包括其被調度到的 Node，并將這些信息寫回 API Server，由 API Server 更新到 etcd。
  9. kubelet 監聽：在每個 Node 上運行的 kubelet 通過 List-Watch 機制監聽 API Server，等待被調度到該 Node 上的 Pod 事件。
  10. 容器啟動：當 kubelet 發現有一個新的 Pod 被調度到它所在的 Node 時，它會調用 Docker（或其他容器運行時）來啟動 Pod 中的容器。
  11. 狀態反饋：kubelet 將 Pod 及其容器的狀態反饋給 API Server，API Server 再將這些狀態信息存儲到 etcd 中。

通過指定節點來創建pod所在的node節點

沒有設置指定節點時會通過調度器來進行pod創建的調度

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web1labels:app: web1
spec:replicas: 4selector:matchLabels:app: web1template:metadata:labels:app: web1spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80

在這里插入圖片描述

可以看到pod節點會平均創建在node01 和 node02 上

通過指定節點來指定創建在node01節點上

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web1labels:app: web1
spec:replicas: 4selector:matchLabels:app: web1template:metadata:labels:app: web1spec:nodeName: node01                           # 添加nodeName: node01 containers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80

在這里插入圖片描述

不通過調度器，直接通過指定節點將所有pod節點都部署在了node01節點上了

通過標簽來指定pod創建在哪個節點上

給node節點添標簽

kubectl label nodes node02 pji=a
kubectl label nodes node01 pji=b

在這里插入圖片描述

可以看見node02 的標簽為 pji=a ,node01 的標簽為pji=b

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web1labels:app: web1
spec:replicas: 4selector:matchLabels:app: web1template:metadata:labels:app: web1spec:nodeSelector:         #添加標簽pji: a              #標簽值pji: acontainers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80

以上配置可以將pod節點部署到node02節點上

在這里插入圖片描述

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web1labels:app: web1
spec:replicas: 4selector:matchLabels:app: web1template:metadata:labels:app: web1spec:nodeSelector:       pji: bcontainers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80

以上配置可以將pod部署到node01上

在這里插入圖片描述

pod 的親和性

在 Kubernetes 中，Pod 親和性（Pod Affinity）是一種調度策略，用于確保 Pod 調度到特定的節點上。這種策略可以通過標簽選擇器（Label Selector）來實現，使得具有特定標簽的 Pod 傾向于調度到具有相同標簽的節點上。
Pod 親和性可以分為以下幾種類型：

  1. 軟親和性（Soft Affinity）：
    • podAffinityTerm：指定 Pod 應該調度的節點集合。
    • preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：定義 Pod 應該優先調度到哪些節點上。
  2. 硬親和性（Hard Affinity）：
    • podAffinityTerm：指定 Pod 必須調度的節點集合。
    • requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：定義 Pod 必須調度到哪些節點上。
      例如，如果您有一個包含兩個節點的集群，并且希望將特定的 Pod 調度到具有標簽 node-role.kubernetes.io/master: "" 的節點上，

硬策略 匹配標簽pji=a的node的節點配置如下

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web1labels:app: web1
spec:replicas: 4selector:matchLabels:app: web1template:metadata:labels:app: web1spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: pjioperator: Invalues:- a

在這里插入圖片描述

若是配置一個不存在的標簽這會如下

在這里插入圖片描述

出現Pending狀態

軟策略

設置標簽為bcde但是此集群沒有標簽bcde的主機

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web1labels:app: web1
spec:replicas: 20selector:matchLabels:app: web1template:metadata:labels:app: web1spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80affinity:nodeAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 1preference:matchExpressions:- key: pjioperator: Invalues:- bcde

在這里插入圖片描述

則會調度在node01 （b）和 node02?上

Pod的親和性和反親和性

在 Kubernetes 中，親和性（Affinity）和反親和性（Anti-Affinity）是調度策略的一部分，用于影響 Kubernetes 調度器如何將 Pod 調度到集群中的節點上。這些特性可以幫助您確保 Pod 之間或 Pod 與節點之間保持特定的關系。

親和性（Affinity）

親和性是指調度器傾向于將 Pod 調度到滿足特定條件的節點上。它包括以下幾種類型：

  1. 節點親和性（Node Affinity）：
    • 軟親和性（Soft Affinity）：如果節點不滿足條件，調度器可以忽略親和性。
    • 硬親和性（Hard Affinity）：如果節點不滿足條件，調度器將不會調度 Pod。
  2. Pod 親和性（Pod Affinity）：
    • 軟親和性：如果其他 Pod 不滿足條件，調度器可以忽略親和性。
    • 硬親和性：如果其他 Pod 不滿足條件，調度器將不會調度 Pod。
  3. Pod 反親和性（Pod Anti-Affinity）：
    • 軟反親和性：如果其他 Pod 不滿足條件，調度器可以忽略反親和性。
    • 硬反親和性：如果其他 Pod 不滿足條件，調度器將不會調度 Pod。

反親和性（Anti-Affinity）

反親和性是親和性的對立面。與親和性不同，反親和性用于防止 Pod 調度到某些節點上，或者避免與某些 Pod 一起調度。反親和性通常用于避免資源爭用或實現高可用性。

親和性配置

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: web5labels:app: web2
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.16ports:- containerPort: 80affinity:podAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchExpressions:- key: appoperator: Invalues:- web2                      # 在有pod標簽app=web2的標簽上創建topologyKey: pji                #在擁有pji標簽的節點上創建

在這里插入圖片描述

反親和性

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: web5labels:app: web1
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.14ports:- containerPort: 80affinity:podAntiAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 100podAffinityTerm:labelSelector:matchExpressions:- key: "app"operator: Invalues:- web2topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

之前的pod標簽為web2 ，設置非親緣性后 web5創建會避開node02

在這里插入圖片描述

當然可以。

污點與容忍

污點（Taint）

污點是向節點添加的一個標簽，它告訴 Kubernetes 調度器不要將 Pod 調度到具有該污點的節點上。這通常用于防止 Pod 調度到不希望它們運行的節點上，例如，當節點正在進行維護或出現問題時。
污點可以具有以下三個屬性：

  • 鍵（Key）：污點的鍵，用于標識污點。
  • 值（Value）：與鍵關聯的值。
  • 效果（Effect）：當污點匹配時，Pod 應該受到的影響。有效果包括 NoSchedule、PreferNoSchedule 和 NoExecute。

污點的創建

給node01創建一個鍵值對為ry=87的污點，使用NoSchedule策略

kubectl taint node node01 ry=87:NoSchedule

在這里插入圖片描述

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: nginx4labels:app: nginx
spec:containers:- name: nginximage: nginx:latestports:- containerPort: 80

創建新的Pod都創建在node02下，而不會創建在node01上

在這里插入圖片描述

容忍（Tolerations）

容忍是 Pod 上的一個標簽，它告訴 Kubernetes 調度器，盡管節點具有某個污點，但該 Pod 應該被調度到該節點上。容忍可以有多個鍵值對，并且可以設置不同的效果和時間范圍。

設置容忍

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: nginx4labels:app: nginx
spec:containers:- name: nginximage: nginx:latestports:- containerPort: 80tolerations:- key: "ry"operator: "Equal"value: "87"effect: "NoSchedule"

在這里插入圖片描述

可以看見，node01的污點被無視了

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