K8S+DevOps架构师实战课 | Kubernetes调度

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为何要控制Pod应该如何调度

• 集群中有些机器的配置高（SSD，更好的内存等），我们希望核心的服务（比如说数据库）运行在上面
• 某两个服务的网络传输很频繁，我们希望它们最好在同一台机器上
• …

Kubernetes Scheduler 的作用是将待调度的 Pod 按照一定的调度算法和策略绑定到集群中一个合适的 Worker Node 上，并将绑定信息写入到 etcd 中，之后目标 Node 中 kubelet 服务通过 API Server 监听到 Scheduler 产生的 Pod 绑定事件获取 Pod 信息，然后下载镜像启动容器。

调度的过程

Scheduler 提供的调度流程分为预选 (Predicates) 和优选 (Priorities) 两个步骤：

• 预选，K8S会遍历当前集群中的所有 Node，筛选出其中符合要求的 Node 作为候选
• 优选，K8S将对候选的 Node 进行打分

经过预选筛选和优选打分之后，K8S选择分数最高的 Node 来运行 Pod，如果最终有多个 Node 的分数最高，那么 Scheduler 将从当中随机选择一个 Node 来运行 Pod。

预选：

优选：

Cordon

$ kubectl cordon k8s-slave2
$ kubectl drain k8s-slave2

NodeSelector

label是kubernetes中一个非常重要的概念，用户可以非常灵活的利用 label 来管理集群中的资源，POD 的调度可以根据节点的 label 进行特定的部署。

查看节点的label：

$ kubectl get nodes --show-labels

为节点打label：

$ kubectl label node k8s-master disktype=ssd

当 node 被打上了相关标签后，在调度的时候就可以使用这些标签了，只需要在spec 字段中添加nodeSelector字段，里面是我们需要被调度的节点的 label。

...
spec:
  hostNetwork: true  # 声明pod的网络模式为host模式，效果同docker run --net=host
  volumes: 
  - name: mysql-data
    hostPath: 
      path: /opt/mysql/data
  nodeSelector:   # 使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
    component: mysql
  containers:
  - name: mysql
          image: 192.168.136.10:5000/demo/mysql:5.7
...

nodeAffinity

节点亲和性 ， 比上面的nodeSelector更加灵活，它可以进行一些简单的逻辑组合，不只是简单的相等匹配 。分为两种，硬策略和软策略。

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution ： 硬策略，如果没有满足条件的节点的话，就不断重试直到满足条件为止，简单说就是你必须满足我的要求，不然我就不会调度Pod。

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略，如果你没有满足调度要求的节点的话，Pod就会忽略这条规则，继续完成调度过程，说白了就是满足条件最好了，没有满足就忽略掉的策略。

#要求 Pod 不能运行在128和132两个节点上，如果有节点满足disktype=ssd或者sas的话就优先调度到这类节点上
...
spec:
      containers:
      - name: demo
        image: 192.168.136.10:5000/myblog:v1
        ports:
        - containerPort: 8002
      affinity:
          nodeAffinity:
            requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
                nodeSelectorTerms: 
                - matchExpressions: 
                    - key: kubernetes.io/hostname  
                      operator: NotIn 
                      values:
                        - 192.168.136.128
                        - 192.168.136.132
            preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
                - weight: 1
                  preference:
                    matchExpressions: 
                    - key: disktype
                      operator: In
                      values:
                        - ssd
                        - sas
...

这里的匹配逻辑是 label 的值在某个列表中，现在Kubernetes提供的操作符有下面的几种：

• 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

如果nodeSelectorTerms下面有多个选项的话，满足任何一个条件就可以了；如果matchExpressions有多个选项的话，则必须同时满足这些条件才能正常调度 Pod

污点（Taints）与容忍（tolerations）

对于nodeAffinity无论是硬策略还是软策略方式，都是调度 Pod 到预期节点上，而Taints恰好与之相反，如果一个节点标记为 Taints ，除非 Pod 也被标识为可以容忍污点节点，否则该 Taints 节点不会被调度Pod。

Taints（污点）是Node的一个属性，设置了Taints（污点）后，因为有了污点，所以Kubernetes是不会将Pod调度到这个Node上的。于是Kubernetes就给Pod设置了个属性Tolerations（容忍），只要Pod能够容忍Node上的污点，那么Kubernetes就会忽略Node上的污点，就能够（不是必须）把Pod调度过去。

场景一：私有云服务中，某业务使用GPU进行大规模并行计算。为保证性能，希望确保该业务对服务器的专属性，避免将普通业务调度到部署GPU的服务器。

场景二：用户希望把 Master 节点保留给 Kubernetes 系统组件使用，或者把一组具有特殊资源预留给某些 Pod，则污点就很有用了，Pod 不会再被调度到 taint 标记过的节点。taint 标记节点举例如下：

设置污点：

$ kubectl taint node [node_name] key=value:[effect]   
      其中[effect] 可取值： [ NoSchedule | PreferNoSchedule | NoExecute ]
       NoSchedule：一定不能被调度。
       PreferNoSchedule：尽量不要调度。
       NoExecute：不仅不会调度，还会驱逐Node上已有的Pod。
  示例：kubectl taint node k8s-slave1 smoke=true:NoSchedule

去除污点：

去除指定key及其effect：
     kubectl taint nodes [node_name] key:[effect]-    #这里的key不用指定value
                
 去除指定key所有的effect: 
     kubectl taint nodes node_name key-
 
 示例：
     kubectl taint node k8s-master smoke=true:NoSchedule
     kubectl taint node k8s-master smoke:NoExecute-
     kubectl taint node k8s-master smoke-

污点演示：

## 给k8s-slave1打上污点，smoke=true:NoSchedule
$ kubectl taint node k8s-slave1 drunk=true:NoSchedule
$ kubectl taint node k8s-slave2 smoke=true:NoSchedule

## 扩容myblog的Pod，观察新Pod的调度情况
$ kuebctl -n luffy scale deploy myblog --replicas=3
$ kubectl -n luffy get po -w    ## pending

Pod容忍污点示例：
myblog/deployment/deploy-myblog-taint.yaml

...
spec:
      containers:
      - name: demo
        image: 192.168.136.10:5000/demo/myblog:v1
      tolerations: #设置容忍性 
      - key: "smoke" 
        operator: "Equal"  #如果操作符为Exists，那么value属性可省略，不指定operator，默认为Equal
        value: "true"
        effect: "NoSchedule"
      - key: "drunk" 
        operator: "Exists"  #如果操作符为Exists，那么value属性可省略,不指定operator，默认为Equal
      #意思是这个Pod要容忍的有污点的Node的key是smoke Equal true,效果是NoSchedule，
      #tolerations属性下各值必须使用引号，容忍的值都是设置Node的taints时给的值。
$ kubectl apply -f deploy-myblog-taint.yaml
spec:
      containers:
      - name: demo
        image: 192.168.136.10:5000/demo/myblog
      tolerations:
        - operator: "Exists"

验证NoExecute效果