k8s-污点 (Taint)和容忍 (Tolerations)

一.污点（Taint）

　　节点亲和性，是pod的一种属性（偏好或硬性要求），它使pod被吸引到一类特点的节点

　　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（但不一定）被调度到具有匹配taint的节点上。

1.污点简介

如果一个节点被标记为有污点，那么意味着不允许pod调度到该节点，除非pod也被标记为可以容忍污点节点
在使用kubeadm部署的k8s集群的时候应该会发现，通常情况下，应用是不会调度到master节点的。因为kubeadm部署的k8s集群默认给master节点加了Taints（污点）

[root@master1 ~]# kubectl  get nodes
NAME      STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
master1   Ready    control-plane,master   185d   v1.21.0
master2   Ready    control-plane,master   185d   v1.21.0
node1     Ready    <none>                 185d   v1.21.0
node2     Ready    <none>                 185d   v1.21.0
node3     Ready    <none>                 185d   v1.21.0
[root@master1 ~]# 
[root@master1 ~]# 
[root@master1 ~]# kubectl  describe  node master1 |grep Taints
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
[root@master1 ~]#

2.污点的组成

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

#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
key=value:effect

污点有三种策略：

PreferNo Schedule:

NoSchedule的软策略版本，表示尽量不调度到污点节点上去

NoExcute:

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
注：（若节点上设置了污点并用的是NoExecute策略，node节点上的pod会被全部驱逐，但是如果是Deployment或者Statefulset资源类型，为了维持副本数量则会在别的Node上再创建新的pod）

Noschedule:

表示k8s将不会将pod调度到具有该污点的Node上

3.污点的设置和去除

使用kubectl设置和去除污点的命令示例如下：

# 设置污点
kubectl taint nodes node1 xtz=value1:NoSchedule

# 去除污点
kubectl taint nodes node1 xtz:NoSchedule-

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

对于使用二进制手动部署的集群设置和移除这个污点的命令如下：

kubectl taint nodes <node-name> node-role.kubernetes.io/master=:NoSchedule
kubectl taint nodes <node-name> node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule-

二、容忍（Tolerations）

1.容忍简介

　　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。

2.容忍的基本用法

1.pod的Toleration声明中的key和effect需要与Taint的设置保持一致，并且满足以下条件之一：

operator 的值为 Exists，这时无需指定 value
operator 的值为 Equal 并且 value 相等
如果不指定 operator，则默认值为 Equal

2.另外还有如下两个特例：

空的key可以配置Exists操作符能够匹配所有的健和值
空的effect匹配所有的effect

3.上面的例子中effect的取值为NoSchedule,下面对effect的值做下简单说明：

NoSchedule:如果一个pod没有声明容忍这个Taint，则系统不会把该pod调度到有这个Taint的node上
PreferNoSchdule：NoSchedule的软限制版本，如果一个pod没有声明容忍这个Taint，则系统会尽量避免把这个pod调度到这一节点上去，但不是强制的
NoExcute：定义pod的驱逐行为，以应对节点故障

4.NoExecute这个Taint效果对节点上正在运行的pod有以下影响：

没有设置Roleration的pod会被立刻驱逐
配置了对应Toleration的pod，如果没有为TolerationSeconds赋值，则会一直留在这一节点中
配置了对应的Toleration的pod且指定了TolerationSeconds赋值，则会在指定时间内驱逐

5.在pod上设置容忍的两个特例

（1）当不指定key值时，表示容忍所有的污点key：

tolerations:
- operator: "Exists"

（2）当不指定effect值时，表示容忍所有的污点作用：

tolerations:
- key: "key"
operator: "Exists"

注意：

　　在节点故障情况下，为了保持现存的pod驱逐的限速设置，系统将会以限速的模式逐步给node设置Taint，这就能防止在一些特定情况下（比如master暂时失联）造成的大量的pod被驱逐的后果。这一功能兼容于Toleration Seconds，允许pod定义节点故障时持续多久才被驱逐。

6.有多个master存在时，防止资源浪费，可以如下设置

kubectl taint node Master-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

#如果某个 Node 更新升级系统组件，为了防止业务长时间中断，可以先在该 Node 设置 NoExecute 污点，把该 Node 上的 Pod 都驱逐出去
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute

#此时如果别的 Node 资源不够用，可临时给 Master 设置 PreferNoSchedule 污点，让 Pod 可在 Master 上临时创建
kubectl taint node master node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

#待所有 Node 的更新操作都完成后，再去除污点
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute-

3.示例

#设置污点
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute
kubectl taint node node02 check=mycheck:NoExecute

#创建测试模板
vim pod3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
    
#运行
kubectl apply -f pod3.yaml

#在两个 Node 上都设置了污点后，此时 Pod 将无法创建成功
kubectl get pods -o wide


#修改测试模板
vim pod3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  tolerations:
  - key: check
    operator:  Equal
    value: mycheck
    effect: NoExecute
    tolerationSeconds: 60
#其中的 key、vaule、effect 都要与 Node 上设置的 taint 保持一致
#operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值，即存在即可
#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

kubectl delete -f pod3.yaml
kubectl apply -f pod3.yaml

#在设置了容忍之后，Pod 创建成功
kubectl get pods -o wide

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Pod上继续保留运行的时间

4.多污点与多容忍配置

系统允许在同一个node上设置多个taint，也可以在pod上设置多个Toleration

Kubernetes调度器处理多个Taint和Toleration能够匹配的部分，剩下的没有忽略的Taint就是对Pod的效果了。下面是几种情况

（1）如果剩余的Taint中存在effect=NoSchedule，则调度器不会把pod调度到这一节点上

（2）如果剩余的Taint中没有NoSchedule的效果，但是有PreferNoSchedule效果，则调度器会尝试不会pod指派给这个节点

（3）如果剩余Taint的效果有NoExecute的，并且这个pod已经在该节点运行，则会被驱逐；如果没有在该节点上运行，也不会再被调度到该节点上。

kubectltaint nodes node1 key1=value1:NoSchedule  
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoExecute  
kubectl taint nodes node1 key2=value2:NoSchedule

三、警戒（cordon）和转移（drain）

对节点执行维护操作：

#将 Node 标记为不可调度的状态，这样就不会让新创建的 Pod 在此 Node 上运行
kubectl cordon  node1    #该node将会变为SchedulingDisabled状态

#kubectl drain 可以让 Node 节点开始释放所有 pod，并且不接收新的 pod 进程。drain 本意排水，意思是将出问题的 Node 下的 Pod 转移到其它 Node 下运行
kubectl drain <NODE_NAME> --ignore-daemonsets --delete-local-data --force

#kubectl uncordon 将 Node 标记为可调度的状态
kubectl uncordon <NODE_NAME>

–ignore-daemonsets：

无视 DaemonSet 管理下的 Pod
–delete-local-data：

如果有 mount local volume 的 pod，会强制杀掉该 pod
–force：

强制释放不是控制器管理的 Pod，例如 kube-proxy
注：执行 drain 命令，会自动做了两件事情:

1.设定此 node 为不可调度状态（cordon)
2.evict（驱逐）了 Pod

四、pod启动阶段（相位phase）

pod创建完之后，一直到持久运行起来，中间有很多步骤，也就是很多出错的可能，因此会有很多不同的状态

一般来说，pod这个过程包含以下几个步骤：

（1）调度到某台node上。kubernetes根据一定的优先级算法选择一台node节点将其作为pod运行的node

（2）拉取镜像

（3）挂载存储配置等

（4）运行起来。如果有健康检查，会根据检查的结果来设置其状态

phase的可能状态有：

Pending：表示ApiServer创建了pod资源对象已经存入了etcd中，但是并末被调度完成（比如还没有调度到某台node上），或者仍然处于从仓库下载镜像的过程中
running：Pod已经被调度到某节点上，并且pod中所有容器都已经被kubelet创建，至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或者重启状态（就是说running状态下的pod不一定能被正常访问）
Succeded：有些pod不是长久运行的，比如job、cronjob，一段时间后pod中的所有容器都被成功终止，并且不会被重启。需要反馈任务执行的结果
Failed：pod中的所有容器都已经被终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非零状态退出或者被系统终止，比如command写的有问题
Unknown：表示无法读取pod状态，通常kube-controller-manager无法与pod通信

五、故障排除步骤

查看Pod事件

kubectl describe TYPE NAME_PREFIX
查看Pod日志（Failed状态下）

kubectl logs <POD_NAME> [-c Container_NAME]
进入Pod（状态为running，但是服务没有提供）

kubectl exec –it <POD_NAME> bash
查看集群信息

kubectl get nodes
发现集群状态正常

kubectl cluster-info
查看kubelet日志发现

journalctl -xefu kubelet