kubernetes系列(十五) - 集群调度

1. 集群调度简介#

Scheduler是kubernetes中的调度器组件，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(如果是kubeadm则是以pod形式运行的)，启动之后会一直和APIServer持续连接，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

这里的PodSpec.NodeName不为空的pod，说明我们手动指定了这个pod应该部署在哪个node上，所以这种情况Sheduler就不需要参与进来了

2. 调度过程#

2.1 调度过程概览#

调度过程分为两部分，如果中间任何一步骤有错误，直接返回错误：

  1. predicate(预选): 首先是过滤掉不满足条件的节点
  2. priority(优选): 然后从中选择优先级最高的节点

2.2 Predicate(预选)#

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相匹配
  • PodFfitsHostPorts: 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

注意：
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

2.3 Priorities(优选)#

Priorities是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
  • BalancedResourceA1location: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

3. 调度的亲和性#

3.1 node亲和性#

3.1.1 node亲和性简介#

简单来理解就是，指定调度到的node，nodeAffinity又分为两种：

pod.spec.nodeAffinity：

  • preferredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution:软策略【我想要去这个节点】
  • requiredDuringschedulinglgnoredDuringExecution:硬策略【我一定要去这个节点】

3.1.2 node亲和性硬策略示例#

Copy
apiVersion: v1 
kind: Pod 
metadata:
  name: affinity 
  labels:
    app: node-affinity-pod 
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity 
    image: lzw5399/tocgenerator 
  affinity:
    # 指定亲和性为node亲和性
    nodeAffinity:
      # 指定为硬策略
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        # key就是node的label
        # 这句话代表当前pod一定不能分配到k8s-node02节点上
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname 
            operator: NotIn 
            values:
            - k8s-node02
  • 关于- key: kubernetes.io/hostname，可以通过以下方式查看node的label
Copy
$ kubectl get nodes --show-labels
NAME      STATUS    ROLES     AGE       VERSION   LABELS
master    Ready     master    154d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=master,node-role.kubernetes.io/master=
node02    Ready     <none>    74d       v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,com=youdianzhishi,course=k8s,kubernetes.io/hostname=node02
node03    Ready     <none>    134d      v1.10.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,jnlp=haimaxy,kubernetes.io/hostname=node03

3.1.3 node亲和性软策略示例#

Copy
apiVersion: v1 
kind: Pod 
metadata:
  name: affinity 
  labels:
    app: node-affinity-pod 
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity 
    image: lzw5399/tocgenerator 
  affinity:
    # 声明节点亲和性为软策略
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      # 当前策略权重为1
      - weight: 1 
        preference:
          # [最好]能分配到label为source=k8s-node03的节点上
          matchExpressions:
          - key: source
            operator: In 
            values:
            - k8s-node03

3.2 pod亲和性#

3.2.1 pod亲和性/反亲和性简介#

pod亲和性主要解决pod可以和哪些pod部署在同一个拓扑域中的问题

拓扑域: 用主机标签实现，可以是单个主机，或者具有同个label的多个主机，也可以是多个主机组成的 cluster、zone 等等

所以简单来说： 比如一个 pod 在一个节点上了，那么我这个也得在这个节点，或者你这个 pod 在节点上了，那么我就不想和你待在同一个节点上

pod亲和性/反亲和性又分为两种：

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity:

  • preferredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution:软策略
  • requiredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution:硬策略

3.2.2 pod亲和性/反亲和性示例#

Copy
apiVersion: v1 
kind: Pod 
metadata:
  name: pod-3 
  labels:
    app: pod-3 
spec:
  containers:
  - name: pod-3 
    image: lzw5399/tocgenerator
  affinity:
    # 配置一条pod亲和性策略
    podAffinity:
      # 配置为硬策略
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app 
            operator: In 
            values:
            - pod-1 
      topologyKey: kubernetes.io/hostname
    # 配置一条pod反亲和性策略
    podAntiAffinity:
      # 配置为软策略
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        - weight: 1 
          podAffinityTerm:
            labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app 
                operator: In 
                values:
                - pod-2 
            topologyKey: kubernetes.io/hostname

3.3 亲和性/反亲和性调度策略比较#

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
podAntiAffinity POD IN, NotIn, Exists, DoesNotExist 是 POD与指定POD不在同一拓扑域

4. Taint(污点)和Toleration(容忍)#

4.1 Taint和和Toleration简介#

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。

如果没有特别配置toleration，默认是不容忍所有污点的

4.2 Taint(污点)#

4.2.1 Taint的组成#

污点的value是可选项，即污点有两种组成形式

Copy
key-value:effect
key:effect

effect

effect描述污点的作用, 当前支持三种策略：

  • NoSchedu1e：表示k8s将不会将Pod 调度到具有该污点的Node上
  • PreferNoSchedu1e：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

4.2.2 Taint的设置、查看和去除#

  1. 设置污点
Copy
# value不为空的格式
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule

# value为空的格式
kubectl taint nodes node1 key1:NoExecute
  1. 污点的查看
Copy
# 通过describe node查看Taints属性
kubectl describe node nodename

  1. 污点的去除
    • 通过describe查看污点，然后把污点复制出来，按照如下格式在最后加一个-就好了
Copy
# 去除如上截图的一个污点
kubectl taint nodes node1 haha-233:NoSchedule-

4.3 Toleration(容忍)#

4.3.1 Toleration简介#

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

可以被调度不代表一定会被调度，只是保存了可能性

4.3.2 Toleration的资源清单配置#

如下是pod.spec.tolerations部分：

Copy
tolerations:
# 容忍key1-value1:NoSchedule的污点
# 且需要被驱逐时，可以再呆3600秒
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
  # 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
  tolerationSeconds: 3600 
  
# 容忍key1-value1:NoExecute的污点
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoExecute"

# 容忍key2:NoSchedule的污点
- key:"key2"
  operator: "Exists"
  effect: "NoSchedule"

注意点

  1. key,value, effect要与Node上设置的 taint保持一致
  2. operator的值为Exists将会忽略value值
  3. 如不指定operator,则默认为equal
  4. 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

骚操作

  1. 当不指定key值时，表示容忍所有的污点key
Copy
tolerations:
- operator: "Exists"
  1. 当不指定effect时，表示容忍所有的污点作用
Copy
tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"
  1. 有多个Master存在时，防止资源浪费，可以如下设置
Copy
kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

5. 指定调度节点#

通过指定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
Copy
apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Deployment 
metadata:
  name: myweb 
spec:
  replicas: 7
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb 
    spec:
      # 直接指定node名称
      nodeName: k8s-node01 
      containers:
      - name: myweb 
        image: lzw5399/tocgenerator 
        ports:
        - containerPort: 80
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