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：
predicate(预选): 首先是过滤掉不满足条件的节点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
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
$ 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
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
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
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
- 设置污点
# 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
- 污点的查看
# 通过describe node查看Taints属性
kubectl describe node nodename
- 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
- 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
# 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：
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
key,value,effect要与Node上设置的 taint保持一致operator的值为Exists将会忽略value值- 如不指定
operator,则默认为equal 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
- 当不指定key值时，表示容忍所有的污点key
tolerations:
- operator: "Exists"
- 当不指定
effect时，表示容忍所有的污点作用
tolerations:
- key: "key"
operator: "Exists"
- 有多个
Master存在时，防止资源浪费，可以如下设置
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
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
