k8s——容器启动、退出动作+list watch机制+node节点与pod亲和/反亲和的调度
一、启动、退出动作
vim demo1.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: lifecycle-demo
spec:
containers:
- name: lifecycle-demo-container
image: soscscs/myapp:v1
lifecycle:
postStart:
exec:
command: ["/bin/sh", "-c", " echo '333333' >> /var/log/nginx/message"]
preStop:
exec:
command: ["/bin/sh", "-c", " echo '222222' >> /var/log/nginx/message"]
volumeMounts:
- name: message-log
mountPath: /var/log/nginx/
readOnly: false
initContainers:
- name: init-myservice
image: soscscs/myapp:v1
command: ["/bin/sh", "-c", "echo '111111' >> /var/log/nginx/message"]
volumeMounts:
- name: message-log
mountPath: /var/log/nginx/
readOnly: false
volumes:
- name: message-log
hostPath:
path: /data/volumes/nginx/log/
type: DirectoryOrCreate
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kubectl apply -f demo1.yaml
kubectl get pods -o wide
在node01上节点上查看
cat /data/volumes/nginx/log/message
二、k8s的List-Watch的机制
1.用户通过kubectl或其他API客户端提交请求给APIServer来建立一个 Pod对象副本
2.APIServer 尝试着将Pod对象的相关元信息存入etcd中，待写入操作执行完成，APIServer即会返回确认信息至客户端
3.当etcd接受创建Pod信息以后，会发送一个Create事件给APIServer
4.由于Controller Manager一直在监听（Watch，通过http的8080端口）APIServer中的事件。此时APIServer接受到了Create事件，又会发送给Controller Manager
5.Controller Manager在接到Create事件以后，调用其中的 Replication Controller 来保证Node上面需要创建的副本数量
6.在Controller Manager创建Pod副本以后，APIServer会在etcd中记录这个Pod的详细信息。例如Pod的副本数，Container的信息
7.同样的etcd会将创建Pod的信息通过事件发送给APIServer
8.由于Scheduler在监听（Watch）APIServer，并且它在系统中起到了“承上启下”的作用，“承上”是指它负责接收创建的Pod事件，为其安排 Node；“启下”是指安置工作完成后，Node上的kubelet进程会接管后继工作，负责Pod生命周期中的“下半生”。 换句话说，Scheduler的作用是将待调度的Pod按照调度算法和策略绑定到集群中Node上
9.Scheduler调度完毕以后会更新Pod的信息，此时的信息更加丰富了。除了知道Pod的副本数量，副本内容。还知道部署到哪个Node上面了。并将上面的Pod信息更新至API Server，由APIServer更新至etcd中，保存起来
10.etcd将更新成功的事件发送给APIServer，APIServer也开始反映此 Pod对象的调度结果
11.kubelet是在Node上面运行的进程，它也通过List-Watch的方式监听（Watch，通过https的6443端口）APIServer发送的Pod更新的事件。kubelet会尝试在当前节点上调用Docker启动容器，并将Pod以及容器的结果状态回送至APIServer
12.APIServer将Pod状态信息存入etcd中。在etcd确认写入操作成功完成后，APIServer将确认信息发送至相关的kubelet，事件将通过它被接受
注： kubectl发命令，要扩充Pod副本数量，那么上面的流程又会触发一遍，kubelet会根据最新的Pod的部署情况调整Node的资源。又或者Pod 副本数量没有发生变化，但是其中的镜像文件升级了，kubelet也会自动获取最新的镜像文件并且加载
三、调度过程
3.1 调度策略
1.Sheduler是作为单独的程序运行的，启动之后会一直监听APIServer，获取spec.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
2.调度分为几个部分：首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为预算策略（predicate）；然后对通过的节点按照优先级排序，这个是优选策略（priorities）；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
3.2 预算策略常见的算法
1.PodFitsResources：节点上剩余的资源是否大于pod请求的资源
2.PodFitsHost：如果pod指定了NodeName，检查节点名称是否和 NodeName匹配
3.PodFitsHostPorts：节点上已经使用的port是否和pod申请的port冲突
4.PodSelectorMatches：过滤掉和pod指定的label不匹配的节点
5.NoDiskConflict：已经mount的volume和pod指定的volume不冲突，除非它们都是只读
3.3 优先级的确立
1.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
2.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）。有一系列的常见的优先级选项包括：
1）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。也就是说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点
2）BalancedResourceAllocation：节点上 CPU 和 Memory 使用率越接近，权重越高。这个一般和上面的一起使用，不单独使用。比如 node01 的 CPU 和 Memory 使用率 20:60，node02 的 CPU 和 Memory 使用率 50:50，虽然 node01 的总使用率比 node02 低，但 node02 的 CPU 和 Memory 使用率更接近，从而调度时会优选 node02
3）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
3.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
四、指定调度节点
4.1 指定nodeName
#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
vim demo2.yaml
==========================================================
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: myapp
spec:
replicas: 3
template:
metadata:
labels:
app: myapp
spec:
nodeName: node01
containers:
- name: myapp
image: nginx
ports:
- containerPort: 80
==========================================================
kubectl apply -f demo2.yaml
kubectl get pods -owide
kubectl describe pod myapp-86c89df7fc-6glj6
4.2 指定nodeSelector
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，然后调度 Pod 到目标节点，该匹配规则属于强制约束
//给对应的 node 设置标签分别为gxd=111和gxd=222
kubectl label nodes node01 gxd=111
kubectl label nodes node02 gxd=222
//查看标签
kubectl get nodes --show-labels
//修改成nodeSelector调度方式
vim demo3.yaml
==========================================================
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
name: myapp1
spec:
replicas: 3
template:
metadata:
labels:
app: myapp1
spec:
nodeSelector:
gxd: "111"
containers:
- name: myapp1
image: nginx
ports:
- containerPort: 80
==========================================================
kubectl apply -f demo3.yaml
kubectl get pods -o wide
#查看详细事件（通过事件可以发现要先经过scheduler调度分配）
kubectl describe pod myapp1-55c6cc597c-8xw9x
//修改一个 label 的值，需要加上 --overwrite 参数
kubectl label nodes node02 gxd=a --overwrite
kubectl get nodes --show-labels
//删除一个 label，只需在命令行最后指定 label 的 key 名并与一个减号相连即可：
kubectl label nodes node02 gxd-
指定标签查询 node 节点
kubectl get node -l gxd=111
五、亲和性
5.1 分类
官方文档:https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/
1.节点亲和性
pod.spec.nodeAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略
2.Pod 亲和性
pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略
5.2 键值运算关系
1.In：label 的值在某个列表中
2.NotIn：label 的值不在某个列表中
3.Gt：label 的值大于某个值
4.Lt：label 的值小于某个值
5.Exists：某个 label 存在
6.DoesNotExist：某个 label 不存在
5.3 node节点亲和性+硬策略实例
vim demo4.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: affinity
labels:
app: node-affinity-pod
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: nginx
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: gxd #指定node的标签
operator: NotIn #设置Pod安装到kubernetes.io/hostname的标签值不在values列表中的node上
values:
- "111"
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kubectl apply -f demo4.yaml
kubectl get pods -o wide
如果硬策略不满足条件，Pod 状态一直会处于 Pending 状态
把标签值改为gxd=222，所有节点都不满足，创建pod查看状态
5.4 node节点亲和性+软策略实例
vim demo5.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: affinity
labels:
app: node-affinity-pod
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: nginx
affinity:
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 1 #如果有多个软策略选项的话，权重越大，优先级越高
preference:
matchExpressions:
- key: gxd
operator: In
values:
- "111"
==========================================================
kubectl apply -f demo5.yaml
kubectl get pods -o wide
5.5 node节点亲和性+软策略+硬策略实例
vim demo6.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: affinity
labels:
app: node-affinity-pod
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: nginx
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #先满足硬策略，排除有kubernetes.io/hostname=node02标签的节点
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: kubernetes.io/hostname
operator: NotIn
values:
- node02
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #再满足软策略，优先选择有gxd=111标签的节点
- weight: 1
preference:
matchExpressions:
- key: gxd
operator: In
values:
- "111"
==========================================================
kubectl apply -f demo6.yaml
kubectl get pods -o wide
六、pod亲和性与反亲和性
6.1 创建一个标签为app=myapp01的Pod
vim demo7.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: myapp01
labels:
app: myapp01
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: nginx
=========================================================
kubectl apply -f pod3.yaml
kubectl get pods --show-labels -o wide
6.2 使用Pod亲和性调度
vim demo8.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: myapp02
labels:
app: myapp02
spec:
containers:
- name: myapp02
image: nginx
affinity:
podAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- myapp01
topologyKey: kubernetes.io/hostname
==========================================================
kubectl apply -f demo8.yaml
kubectl get pods --show-labels -o wide
==========================================================
#仅当节点和至少一个已运行且有键为“app”且值为“myapp01”的标签 的 Pod 处于同一拓扑域时，才可以将该 Pod 调度到节点上。 （更确切的说，如果节点 N 具有带有键 kubernetes.io/hostname 和某个值 V 的标签，则 Pod 有资格在节点 N 上运行， 以便集群中至少有一个节点具有键 kubernetes.io/hostname 和值为 V 的节点正在运行具有键“app”和值 “myapp01”的标签的 pod。）
#topologyKey 是节点标签的键。如果两个节点使用此键标记并且具有相同的标签值，则调度器会将这两个节点视为处于同一拓扑域中。 调度器试图在每个拓扑域中放置数量均衡的 Pod。
#如果 kubernetes.io/hostname 对应的值不一样就是不同的拓扑域。比如 Pod1 在 kubernetes.io/hostname=node01 的 Node 上，Pod2 在 kubernetes.io/hostname=node02 的 Node 上，Pod3 在 kubernetes.io/hostname=node01 的 Node 上，则 Pod2 和 Pod1、Pod3 不在同一个拓扑域，而Pod1 和 Pod3在同一个拓扑域
6.2 Pod反亲和性调度
vim demo9.yaml
==========================================================
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: myapp03
labels:
app: myapp03
spec:
containers:
- name: myapp03
image: nginx
affinity:
podAntiAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: 100
podAffinityTerm:
labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- myapp01
topologyKey: kubernetes.io/hostname
==========================================================
kubectl apply -f demo9.yaml
kubectl get pods --show-labels -o wide
==========================================================
#如果节点处于 Pod 所在的同一拓扑域且具有键“app”和值“myapp01”的标签， 则该 pod 不应将其调度到该节点上。 （如果 topologyKey 为 kubernetes.io/hostname，则意味着当节点和具有键 “app”和值“myapp01”的 Pod 处于相同的区域，Pod 不能被调度到该节点上。）
七、总结
7.1 亲和
1.node节点亲和：调度到满足 Node 节点 的标签条件的Node节点 nodeAffinity
硬策略：必须满足条件 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
软策略：尽量满足条件，满足不了也没关系 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
2.pod亲和：调度到满足pod的标签条件所对应的node节点 podAffinity
3.pod反亲和：不调度到满足pod的标签条件所对应的node节点
| 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 |
7.2 node节点硬策略配置
spec:
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: KEY_NAME
operator: In/NotIn/Exists/DoesNotExist/Gt/Lt
values:
- KEY_VALUE
7.3 node节点软策略配置
spec:
affinity:
nodeAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: WEIGHT_VALUE
preference:
matchExpressions:
- key: KEY_NAME
operator: In/NotIn/Exists/DoesNotExist
values:
- KEY_VALUE
7.4 pod节点（亲和/反亲和）硬策略配置
spec:
affinity:
podAffinity/podAnitAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: KEY_NAME
operator: In/NotIn/Exists/DoesNotExist/Gt/Lt
values:
- KEY_VALUE
topologyKey: kubernetes.io/hostname
7.5 pod节点（亲和/反亲和）软策略配置
spec:
affinity:
podAffinity/podAnitAffinity:
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- weight: WEIGHT_VALUE
podAffinityTerm:
labelSelector:
matchExpressions:
- key: KEY_NAME
operator: In/NotIn/Exists/DoesNotExist
values:
- KEY_VALUE
topologyKey: kubernetes.io/hostname
