Kubernetes Pod调度策略：节点亲和性与污点容忍

Kubernetes Pod调度策略：节点亲和性与污点容忍

在Kubernetes面试中，Pod调度策略是考察候选人集群管理能力的重要环节。掌握节点亲和性（Node Affinity）和污点容忍（Tolerations）是优化资源分配、保障应用稳定性的关键。本文将深入解析这两大核心调度机制，并提供实战代码示例。

一、节点亲和性（Node Affinity）

节点亲和性允许你根据节点标签（Labels）来约束Pod可以被调度到哪些节点上。它是对早期nodeSelector的增强，提供了更丰富的表达规则。

1.1 亲和性类型

• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬亲和性。调度时必须满足，否则Pod处于Pending状态。
• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软亲和性。调度时优先满足，但不强制。

1.2 实战示例

假设我们有一批需要高性能SSD的数据库Pod，节点上标有disktype=ssd。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disktype
            operator: In
            values:
            - ssd
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: zone
            operator: In
            values:
            - east
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:8.0

此配置要求Pod必须调度到有disktype=ssd标签的节点上，并优先选择zone=east的节点。

提示：在管理此类复杂YAML时，使用专业的SQL编辑器能极大提升效率。例如，你可以通过dblens SQL编辑器（https://www.dblens.com）清晰地管理和验证Kubernetes资源配置文件，其语法高亮和智能提示功能让YAML编写事半功倍。

二、污点（Taint）与容忍（Toleration）

污点和容忍机制共同工作，允许节点排斥一类Pod，除非这些Pod明确“容忍”该污点。

2.1 核心概念

• 污点（Taint）：应用于节点，包含key、value和effect。
• 容忍（Toleration）：应用于Pod，匹配节点的污点。
• 效果（Effect）：
  • NoSchedule：新Pod不容忍则不被调度。
  • PreferNoSchedule：尽量不调度。
  • NoExecute：不容忍的现有Pod也会被驱逐。

2.2 实战示例

为专用节点（如GPU节点）添加污点：

# 给节点添加污点
kubectl taint nodes node1 gpu=true:NoSchedule

创建能容忍该污点的Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: gpu-pod
spec:
  tolerations:
  - key: "gpu"
    operator: "Equal"
    value: "true"
    effect: "NoSchedule"
  containers:
  - name: cuda-app
    image: nvidia/cuda:latest

三、组合使用场景

在实际生产环境中，亲和性与污点容忍常结合使用。例如，将监控组件（如Prometheus）只调度到具有monitoring=enabled标签且容忍dedicated=monitoring:NoSchedule污点的节点上。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: prometheus
spec:
  template:
    spec:
      tolerations:
      - key: "dedicated"
        operator: "Equal"
        value: "monitoring"
        effect: "NoSchedule"
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: monitoring
                operator: In
                values:
                - enabled
      containers:
      - name: prometheus
        image: prom/prometheus:latest

技巧分享：设计和调试这类复杂调度策略时，清晰的思路和记录至关重要。推荐使用QueryNote（https://note.dblens.com）来记录你的调度策略设计思路、命令和调试日志。它可以帮助你系统化地管理运维知识，方便团队协作与复盘。

四、面试要点总结

1. 核心区别：亲和性是Pod主动选择节点（吸引），污点容忍是Pod被动适应节点（排斥）。
2. 使用场景：
   • 节点亲和性：用于实现Pod的集中部署（如同一机架、可用区）或硬件依赖（如SSD、GPU）。
   • 污点与容忍：用于保留节点（如主节点）、隔离特殊工作负载（如GPU计算）或驱逐Pod（NoExecute）。
3. 操作符理解：熟悉In、NotIn、Exists、DoesNotExist、Gt、Lt等操作符在匹配表达式中的使用。
4. 组合策略：理解如何结合两者实现精细化的集群调度，例如“必须调度到某类节点，且能容忍该节点的专用污点”。

掌握节点亲和性与污点容忍，意味着你能更精准地控制Kubernetes集群的工作负载分布，这是中高级运维和开发工程师的必备技能。在面试中，结合具体业务场景（如数据库部署、机器学习任务隔离）来阐述你的理解，会大大增加说服力。