【云原生】Kubernetes节点亲和性分配 Pod

1 给节点添加标签

2 根据选择节点标签指派 pod 到指定节点[nodeSelector]

3 根据节点名称指派 pod 到指定节点[nodeName]

4 根据亲和性和反亲和性指派 pod 到指定节点

5 节点亲和性权重

6 pod 间亲和性和反亲和性及权重

7 污点和容忍度

8 Pod 拓扑分布约束

官方地址: 将 Pod 指派给节点 | Kubernetes

你可以约束一个 Pod 以便限制其只能在特定的节点上运行，或优先在特定的节点上运行。有几种方法可以实现这点，推荐的方法都是用 标签选择算符来进行选择。通常这样的约束不是必须的，因为调度器将自动进行合理的放置（比如，将 Pod 分散到节点上，而不是将 Pod 放置在可用资源不足的节点上等等）。但在某些情况下，你可能需要进一步控制 Pod 被部署到哪个节点。例如，确保 Pod 最终落在连接了 SSD 的机器上，或者将来自两个不同的服务且有大量通信的 Pods 被放置在同一个可用区。

你可以使用下列方法中的任何一种来选择 Kubernetes 对特定 Pod 的调度：

与节点标签匹配的 nodeSelector 推荐
亲和性与反亲和性推荐
nodeName
Pod 拓扑分布约束推荐

定义: 使用节点亲和性可以把 Kubernetes Pod 分配到特定节点。

1 给节点添加标签

列出集群中的节点及其标签：

$ kubectl get nodes --show-labels
#输出类似于此：
NAME        STATUS   ROLES           AGE   VERSION   LABELS
k8s-node1   Ready    control-plane   10d   v1.26.0   beta.kubernetes.io/arch=arm64,beta.kubernetes.io/os=linux...
k8s-node2   Ready    <none>          10d   v1.26.0   beta.kubernetes.io/arch=arm64,beta.kubernetes.io/os=linux...
k8s-node3   Ready    <none>          10d   v1.26.0   beta.kubernetes.io/arch=arm64,beta.kubernetes.io/os=linux...

选择一个节点，给它添加一个标签：

kubectl label nodes k8s-node1(节点名称) disktype=ssd

验证你所选节点具有 disktype=ssd 标签：

$ kubectl get nodes --show-labels
#输出类似于此：
NAME        STATUS   ROLES           AGE   VERSION   LABELS
k8s-node1   Ready    control-plane   10d   v1.26.0   beta.kubernetes.io/arch=arm64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd...
k8s-node2   Ready    <none>          10d   v1.26.0   beta.kubernetes.io/arch=arm64,beta.kubernetes.io/os=linux...
k8s-node3   Ready    <none>          10d   v1.26.0   beta.kubernetes.io/arch=arm64,beta.kubernetes.io/os=linux...

2 根据选择节点标签指派 pod 到指定节点[nodeSelector]

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.19
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    disktype: ssd  # 选择节点为标签为 ssd 的节点

3 根据节点名称指派 pod 到指定节点[nodeName]

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  nodeName: worker1    # 调度 Pod 到特定的节点
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent

4 根据亲和性和反亲和性指派 pod 到指定节点

官网地址: 将 Pod 指派给节点 | Kubernetes

说明

nodeSelector 提供了一种最简单的方法来将 Pod 约束到具有特定标签的节点上。亲和性和反亲和性扩展了你可以定义的约束类型。使用亲和性与反亲和性的一些好处有：

亲和性、反亲和性语言的表达能力更强。nodeSelector 只能选择拥有所有指定标签的节点。亲和性、反亲和性为你提供对选择逻辑的更强控制能力。
你可以标明某规则是“软需求”或者“偏好”，这样调度器在无法找到匹配节点时仍然调度该 Pod。
你可以使用节点上（或其他拓扑域中）运行的其他 Pod 的标签来实施调度约束，而不是只能使用节点本身的标签。这个能力让你能够定义规则允许哪些 Pod 可以被放置在一起。

亲和性功能由两种类型的亲和性组成：

节点亲和性功能类似于 nodeSelector 字段，但它的表达能力更强，并且允许你指定软规则。
Pod 间亲和性/反亲和性允许你根据其他 Pod 的标签来约束 Pod。

节点亲和性概念上类似于 nodeSelector，它使你可以根据节点上的标签来约束 Pod 可以调度到哪些节点上。节点亲和性有两种：

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：调度器只有在规则被满足的时候才能执行调度。此功能类似于 nodeSelector，但其语法表达能力更强。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：调度器会尝试寻找满足对应规则的节点。如果找不到匹配的节点，调度器仍然会调度该 Pod。

注意：在上述类型中，IgnoredDuringExecution 意味着如果节点标签在 Kubernetes 调度 Pod 后发生了变更，Pod 仍将继续运行。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
        #节点必须包含一个键名为 ssd 的标签， 并且该标签的取值必须为 fast 或 superfast。
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: 
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: ssd
            operator: In
            values:
            - fast
            - superfast
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.19

注意: 你可以使用 In、NotIn、Exists、DoesNotExist、Gt 和 Lt 之一作为操作符。NotIn 和 DoesNotExist 可用来实现节点反亲和性行为。

5 节点亲和性权重

你可以为 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 亲和性类型的每个实例设置 weight 字段，其取值范围是 1 到 100。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      #节点最好具有一个键名为 app 且取值为 fast 的标签。
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1 #取值范围是 1 到 100
        preference:
          matchExpressions:
          - key: ssd
            operator: In
            values:
            - fast
      - weight: 50
        preference:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - demo
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.19

6 pod 间亲和性和反亲和性及权重

与节点亲和性类似，Pod 的亲和性与反亲和性也有两种类型：

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

例如，你可以使用 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 亲和性来告诉调度器，将两个服务的 Pod 放到同一个云提供商可用区内，因为它们彼此之间通信非常频繁。类似地，你可以使用 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 反亲和性来将同一服务的多个 Pod 分布到多个云提供商可用区中。

要使用 Pod 间亲和性，可以使用 Pod 规约中的 spec.affinity.podAffinity 字段。对于 Pod 间反亲和性，可以使用 Pod 规约中的 spec.affinity.podAntiAffinity 字段。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis
  labels:
    app: redis
spec:
  containers:
    - name: redis
      image: redis:5.0.10
      imagePullPolicy: IfNotPresent
  restartPolicy: Alwaysw
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        #更确切的说，调度器必须将 Pod 调度到具有 cpu 标签的节点上，并且集群中至少有一个位于该可用区的节点上运行着带有 app=nginx 标签的 Pod。
        - topologyKey: cpu
          labelSelector:
            matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                  - nginx

pod 间亲和性权重

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: redis
  labels:
    app: redis
spec:
  containers:
    - name: redis
      image: redis:5.0.10
      imagePullPolicy: IfNotPresent
  restartPolicy: Always
  affinity:
    podAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        #更确切的说，调度器必须将 Pod 调度到具有 cpu 标签的节点上，并且集群中至少有一个位于该可用区的节点上运行着带有 app=nginx 标签的 Pod。
        - podAffinityTerm:
            topologyKey: cpu
            labelSelector:
              matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                    - nginx
          weight: 1
        - podAffinityTerm:
            topologyKey: cpu
            labelSelector:
              matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                    - web
          weight: 30