集群调度
Scheduler 是 kubernetes 的调度器,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,启动之后会一直坚挺(持续连接) API Server,获取 PodSpec.NodeName 为空的 pod(如果这个字段不为空的话,不需要被Sheduler调度),对每个 pod 都会创建一个 binding,表明该 pod 应该放到哪个节点上
调度过程
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 predicate( [ˈpredɪkeɪt]) ;然后对通过的节点按照优先级排序,这个是 priority
( [praɪˈɒrəti]);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
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 匹配 -
PodFitsHostPorts
: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
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
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
-
BalancedResourceAllocation
: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
自定义调度器
除了 kubernetes 自带的调度器,你也可以编写自己的调度器。通-过 spec:schedulername 参数指定调度器的名字,可以为 pod 选择某个调度器进行调度。比如下面的 pod 选择 my-scheduler 进行调度,而不是默认的default-scheduler
:
apiVersion
节点亲和性
pod.spec.nodeAffinity([əˈfɪnəti])
-
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:软策略
(如果有的话是最好的,没有也无所谓)
-
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:硬策略
(必须要有)
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
apiVersion
[root@k8s-master01 ~]# kubectl get node --show-labels
NAME STATUS ROLES AGE VERSION LABELS
k8s-master01
Ready control-plane,master 15d v1.23.6
beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master01,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/control-plane=,node-role.kubernetes.io/master=,node.kubernetes.io/exclude-from-external-load-balancers=
k8s-node01
Ready <none> 15d v1.23.6
beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node01,kubernetes.io/os=linux
k8s-node02
Ready <none> 15d v1.23.6
beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node02,kubernetes.io/os=linux
[root@k8s-master01 ~]#
[root@k8s-master01 ~]# mkdir affinity
[root@k8s-master01 ~]# cd affinity/
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod1.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod1.yaml
pod/affinity created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
affinity 1/1 Running 0 3s 10.244.1.78 k8s-node01 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
(无论我们删除再启动,始终在node01上运行)
修改这个字段
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl delete pod --all
pod "affinity" deleted
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod1.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod1.yaml
pod/affinity created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
affinity 0/1 ContainerCreating 0 3s <none> k8s-node02 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
再次修改字段
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod1.yaml
pod/affinity created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
affinity 0/1 Pending 0 4s <none> <none> <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
(这里就很好的说明了,因为我们没有node03,所以就一直是Pending状态!)
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
apiVersion
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod2.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod2.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl delete pod --all
pod "affinity" deleted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod2.yaml
pod/affinity created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
affinity 0/1 ContainerCreating 0 4s <none> k8s-node02 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
(因为我们这里是软策略,有node03更好,没有也可以启动)
我们修改下字段:
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod2.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl delete pod --all
pod "affinity" deleted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod2.yaml
pod/affinity created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
affinity 0/1 ContainerCreating 0 5s <none> k8s-node01 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
(这回就在node01上面了!)
合体
(先满足硬策略后再满足软策略)
apiVersion
键值运算关系
-
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
注:
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 亲和性
pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
-
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:软策略
-
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:硬策略
apiVersion
[root@k8s-master01 affinity]# cat pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: node01
labels:
app: node01
spec:
containers:
- name: with-node-affinity
image: nginx
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod1.yaml
pod/node01 created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
node01 0/1 ContainerCreating 0 7s <none> k8s-node02 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod3.yaml
[root@k8s-master01 affinity]#
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod3.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# cat pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-3
labels:
app: pod-3
spec:
containers:
- name: pod-3
image: nginx
affinity:
podAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- node01
topologyKey: kubernetes.io/hostname
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod3.yaml
pod/pod-3 created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide(看这里我们知道两个pod都处于同一个拓扑域中)
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
node01 1/1 Running 0 7m20s 10.244.2.78 k8s-node02 <none> <none>
pod-3 0/1 ContainerCreating 0 12s <none> k8s-node02 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
注:拓扑域就是通过topologyKey字段来选择的,相同的字段在一个拓扑域中!
只修改这一处:
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod3.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod3.yaml
pod/pod-3 created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
node01 1/1 Running 0 3m35s 10.244.2.80 k8s-node02 <none> <none>
pod-3 1/1 Running 0 8s 10.244.1.80 k8s-node01 <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
(我们看到不在一个node上面!)
这回我们修改这两处:
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod3.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod3.yaml
pod/pod-3 created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod --show-labels
NAME READY STATUS RESTARTS AGE LABELS
node01 1/1 Running 0 12m app=node01
pod-3 0/1 Pending 0 14s app=pod-3
[root@k8s-master01 affinity]#
(这回我们可以看出处于Pending状态了,原因是硬策略,且标签是node02!我们没有这个标签哦)
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod --show-labels
NAME READY STATUS RESTARTS AGE LABELS
node01 1/1 Running 0 12m app=node01
pod-3 0/1 Pending 0 14s app=pod-3
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl label pod node01 app=node02
error: 'app' already has a value (node01), and --overwrite is false
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl label pod node01 app=node02 --overwrite=true
pod/node01 labeled
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod --show-labels
NAME READY STATUS RESTARTS AGE LABELS
node01 1/1 Running 0 13m app=node02
pod-3 1/1 Running 0 2m6s app=pod-3
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod --show-labels -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
node01 1/1 Running 0 15m 10.244.2.80 k8s-node02 <none> <none> app=node02
pod-3 1/1 Running 0 4m5s 10.244.2.81 k8s-node02 <none> <none> app=pod-3
[root@k8s-master01 affinity]#
(修改了标签后,pod立刻就running了!且处于同一个节点)
亲和性/反亲和性调度策略比较如下:
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 |
podAnitAffinity | POD | In, NotIn, Exists,DoesNotExist | 是 | POD与指定POD不在同一拓扑域 |
Taint 和 Toleration
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
污点(Taint)
污点 ( Taint ) 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:
key=value:effect
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。当前 taint effect 支持如下三个选项:
-
NoSchedule :表示 k8s 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上
-
PreferNoSchedule :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
污点的设置、查看和去除
# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
# 节点说明中,查找 Taints 字段
kubectl describe pod pod-name
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key1:NoSchedule-
其实k8s已经默认设置了一些污点了
[root@k8s-master01 ~]# kubectl describe node k8s-master| grep Taint
Taints: node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
[root@k8s-master01 ~]#
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl taint nodes k8s-node02 check=nginx:NoExecute
node/k8s-node02 tainted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
No resources found in default namespace.
[root@k8s-master01 affinity]#
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl taint nodes k8s-node01 check=nginx:NoExecute (我们给node01也打上污点)
node/k8s-node01 tainted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl create -f pod1.yaml
pod/node01 created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
node01 0/1 Pending 0 2s <none> <none> <none> <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
(现在集群内三个机器都有污点,pod一直都是Pending状态!)
去除污点:
在原有设置污点的命令后面加上“-”
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl taint nodes k8s-node01 check=nginx:NoExecute-
node/k8s-node01 untainted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl taint nodes k8s-node02 check=nginx:NoExecute-
node/k8s-node02 untainted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl taint nodes k8s-node02 check=nginx:NoExecute-
node/k8s-node02 untainted
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl describe node k8s-node01|grep Taint
Taints: <none>
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl describe node k8s-node02|grep Taint
Taints: <none>
[root@k8s-master01 affinity]#
容忍(Tolerations)
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,存在这样的可能性
pod.spec.tolerations
tolerations
-
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(比如设置的1000s,表明了1000s后被驱逐)
[root@k8s-master01 affinity]# vim pod3.yaml
[root@k8s-master01 affinity]# cat pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-3
labels:
app: pod-3
spec:
containers:
- name: pod-3
image: nginx
tolerations:
- key: "check"
operator: "Equal"
value: "nginx"
effect: "NoExecute"
tolerationSeconds: 3600
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl apply -f pod3.yaml
pod/pod-3 created
[root@k8s-master01 affinity]# kubectl get pod (虽然有node设置了污点,但是我们的pod也设置了容忍)
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
node01 0/1 Pending 0 10m
pod-3 1/1 Running 0 17s
[root@k8s-master01 affinity]#
当不指定 key 值时,表示容忍所有的污点 key:
tolerations
当不指定 effect 值时,表示容忍所有的污点作用
tolerations
有多个 Master 存在时,防止资源浪费,可以如下设置
(如果将来出现了资源不够使用的问题,我们就可以这样设置master节点,运行对应的pod!)
kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule
(键值是node-role.kubernetes.io/master,键名为空)
指定调度节点
一、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
apiVersion
[root@k8s-master01 node]# vim pod1.yaml
[root@k8s-master01 node]# kubectl apply -f pod1.yaml
deployment.apps/myweb created
[root@k8s-master01 node]# kubectl get pod -o wide(我们可以看到,全部在node01上面)
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myweb-976848c8c-8hl9j 1/1 Running 0 84s 10.244.1.88 k8s-node01 <none> <none>
myweb-976848c8c-glwqk 1/1 Running 0 84s 10.244.1.89 k8s-node01 <none> <none>
myweb-976848c8c-hv25q 1/1 Running 0 84s 10.244.1.86 k8s-node01 <none> <none>
myweb-976848c8c-lhtjj 1/1 Running 0 84s 10.244.1.91 k8s-node01 <none> <none>
myweb-976848c8c-mtjdp 1/1 Running 0 84s 10.244.1.90 k8s-node01 <none> <none>
myweb-976848c8c-q7mcz 1/1 Running 0 84s 10.244.1.85 k8s-node01 <none> <none>
myweb-976848c8c-qmnrs 1/1 Running 0 84s 10.244.1.87 k8s-node01 <none> <none>
node01 1/1 Running 0 30m 10.244.1.84 k8s-node01 <none> <none>
pod-3 1/1 Running 0 20m 10.244.2.86 k8s-node02 <none> <none>
[root@k8s-master01 node]#
二、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,而后调度 Pod 到目标节点,该匹配规则属于强制约束
apiVersion
[root@k8s-master01 node]# vim pod2.yaml
[root@k8s-master01 node]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myweb1-595fcc486f-6l9gh 0/1 Pending 0 27s <none> <none> <none> <none>
myweb1-595fcc486f-wwrww 0/1 Pending 0 27s <none> <none> <none> <none>
[root@k8s-master01 node]#
[root@k8s-master01 node]# kubectl label node k8s-node01 disk=ssd
node/k8s-node01 labeled
[
[root@k8s-master01 node]# kubectl get pod -o wide(现在pod运行在node01上面了)
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myweb1-595fcc486f-6l9gh 1/1 Running 0 3m16s 10.244.1.99 k8s-node01 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-wwrww 1/1 Running 0 3m16s 10.244.1.100 k8s-node01 <none> <none>
[root@k8s-master01 node]#
我们把副本数改到八个:
[root@k8s-master01 node]# kubectl label node k8s-node02 disk=ssd(给node02也打上标签)
node/k8s-node02 labeled
[root@k8s-master01 node]# kubectl get pod -o wide(我们发现,现在node01和node02都有pod在运行)
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myweb1-595fcc486f-2tmjn 1/1 Running 0 111s 10.244.2.88 k8s-node02 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-59gj4 0/1 ContainerCreating 0 2s <none> k8s-node01 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-75rng 0/1 ContainerCreating 0 2s <none> k8s-node02 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-dqwzf 0/1 ContainerCreating 0 2s <none> k8s-node01 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-khfb5 0/1 ContainerCreating 0 2s <none> k8s-node02 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-s2c9f 1/1 Running 0 2s 10.244.1.116 k8s-node01 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-s5dqd 1/1 Running 0 111s 10.244.1.115 k8s-node01 <none> <none>
myweb1-595fcc486f-vhc2t 0/1 ContainerCreating 0 2s <none> k8s-node02 <none> <none>
[root@k8s-master01 node]#