【Kubernetes】k8s集群的污点、容忍、驱逐以及排障思路

污点和容忍以及驱逐

一、污点（Taint）

污点介绍

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（但不一定）被调度到具有匹配 taint 的节点上。

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。

污点的组成格式如下：

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 将不会把pod调度到具有该污点的 node上

PreferNoSchedule：表示k8s将尽量避免(但还可能会)把pod调度到具有该污点的 node上

NoExecute：表示k8s将不会把pod调度到具有该污点的Node，并且会把已存在的所有pod驱逐出去

查看master节点的taint污点

kubectl get nodes

kubectl describe node master01
#kubectl describe node master01 | grep Taints

master 就是因为有 NoSchedule 污点，k8s 才不会将 Pod 调度到 master 节点上

设置(增加)、查看和去除(删除)污点

#设置(增加)污点
kubectl taint node 节点名 键=值:污点类型
kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule

#节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe node 节点名 
kubectl describe node node01
kubectl describe node node01 | grep Taints
kubectl describe node node01 | grep -A2 -i taint

#去除(删除)污点
kubectl taint node 节点名 键名-
kubectl taint node node01 key1-
kubectl taint node 节点名 键名=值:污点类型-
kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-

key2- 这将删除所有键名为key2的污点

-A2 表示显示过滤行及其后两行

-i 表示不区分大小写

二、污点的配置与管理

设置污点

kubectl taint node node02 nanjing=monor:NoSchedule

kubectl describe nodes | grep -i taint

#设置污点效果为NoSchedule，表示不能容忍此污点的新的pod将不会在node02上建立
#已经运行的则不会有影响

创建控制器pod

#编辑yaml文件，创建一个deployment的pod
mkdir /opt/taint
vim /opt/taint/pod1.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: taint1-myapp
  labels:
    app: taint1-myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: taint1-myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: taint1-myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp-affinity
        image: soscscs/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80

#创建资源
kubectl apply -f /opt/taint/pod1.yaml

由于node02被设置了污点，所以所有的pod实例都会被调度到node01节点上

###

所以在设置污点时，最好新建一个标签，或在hostname主机标签等、各node节点值不一样的标签上设置污点

带有污点的节点，可以使用nodeName选项绕过Scheduler调度创建

去除污点

kubectl taint node node02 nanjing=monor:NoSchedule-

kubectl describe nodes | grep -i taint

验证NoExecute 污点的驱逐

#设置污点
kubectl taint node node02 test=class:NoExecute

#查看污点
kubectl describe nodes node02 | grep -A2 -i taint

#查看pod
kubectl get pod -owide

设置了污点为NoExecute效果会不允许新的pod调度到该node 还会自动驱逐运行中的pod

查看 Pod 状态，会发现 node02 上的 Pod 已经被全部驱逐（注：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）

指定pod调度到node02时，会发现pod无法创建，处于Pending状态；

当使用硬策略时，还是可以创建到node02节点上的；

如果不是强制的调度规则，则会处于Pending或转调到node01上

当你在node01上也设置NoExecute 时，node01上已有的pod会被驱逐；新建的pod也会因为所有node节点都存在NoExecute污点拒绝pod的创建，而处于Pending状态

通过nodename强制指定创建在污点的node还是会创建成功

验证NoSchedule 污点的作用

#设置污点
kubectl taint node node01 test:class:NoSchedule

#查看node01和node02 节点的taint污点
kubectl describe nodes node01 node02 | grep -i taint

#查看pod
kubectl get pod -owide

#删除所有pod
kubectl delete pod --all

#查看pod的状态和节点
kubectl get pod -owide

验证PreferNoSchedule 污点的作用

#删除污点
kubectl taint node node01 test:class:NoSchedule-

#设置污点
kubectl taint node node01 test:class:PreferNoSchedule

#查看node01和node02 节点的taint污点
kubectl describe nodes node01 node02 | grep -i taint

#查看pod
kubectl get pod -owide

#删除所有pod
kubectl delete pod --all

#查看pod的状态和节点
kubectl get pod -owide

三、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(Tolerations)，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。

容忍的定义

作用：通过配置容忍，管理员可以控制Pod在具有特定污点的节点上的行为，从而实现资源的精细管理和隔离。例如，可以使用容忍来确保某些Pod只能运行在具有特定硬件或软件特性的节点上，或者防止Pod被驱逐到不受信任的节点上

位置：容忍定义在Pod的spec.tolerations字段中。

容忍的组成

容忍通常包含以下几个部分：

键（Key）：与污点的键相匹配。

值（Value）：与污点的值相匹配。如果不指定值，Pod将容忍所有值的同名污点。

效应（Effect）：与污点的效应相匹配。常见的效应包括NoSchedule、PreferNoSchedule和NoExecute。

容忍期限（TolerationSeconds）（仅对NoExecute效应有效）：指定Pod在节点被赋予NoExecute污点后，能够继续在该节点上运行的时间（以秒为单位）。超过这个时间后，Pod将被驱逐。

操作符（Operator）：用于指定容忍与污点的匹配方式。常见的操作符包括Equal和Exists。Equal要求键、值和效应都完全匹配，而Exists只要求键和效应匹配。

四、容忍的配置与管理

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  #定义Pod可以容忍的节点污点
  tolerations:
  #污点的键。Pod可以容忍具有这个键的污点
  - key: "check"
    #定义如何与污点的值进行比较。Equal表示Pod仅容忍具有指定值的污点
    operator: "Equal"
    value: "nihao"
    #污点的效应
    effect: "NoExecute"
    #当Pod所在的节点被添加了匹配的污点后，Pod可以继续在该节点上运行的时间（秒）
    tolerationSeconds: 60

#operator：表示如何与污点的值进行比较，此参数有Equal与Exists两个选项
#Equal
'Pod将仅容忍节点上键（key）和值（value）与toleration中指定的键和值相匹配的污点。
例如node01节点上的pla=a，当toleration定义键和值为pla与a它会容忍，pla=b则不会容忍
如果value字段在容忍中未指定，则Equal操作符默认会使用空字符串作为值进行比较。'

#Exists
'当operator设置为Exists时，Pod将容忍所有具有指定键（key）的污点，而不管它们的值（value）
是什么。这允许Pod容忍同一类别（即具有相同键）的所有污点，而不必指定特定的值。
例如当有pla这个键的所有节点都设置污点时，不需要指定值，所有含有pla键的节点，都会被容忍'

---
tolerationSeconds：允许pod存在时间
'表示当Pod所在的节点被添加了匹配的污点后，Pod还可以继续在该节点上运行的时间（秒）
例如上述文件中设置为40，表示该pod在有污点的节点上创建后，如果污点没有被删除，它只会
在节点上存在60秒，60秒后，将会被删除

部署容忍

mkdir /opt/toler
vim /opt/toler/pod2.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: "a"
    effect: "NoExecute"
    tolerationSeconds: 60

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

#创建资源
kubectl apply -f /opt/toler/pod2.yaml

#动态查看pod
kubectl get pods -owide -w

这里我们可以看到60秒后自动将污点进行了剔除，也就是我们设置了容忍60秒，这台机器有污点，但是还是会调度在这台机器上持续60秒，60秒左右后离开该机器

#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

其它注意事项

（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"

（3）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-

五、资源优化

多master使用

当有多个master存在时，可以将备用的master的污点状态设置为PreferNoSchedule，这样的话，会尽可能避免此节点，当其它节点不可调用（资源顶峰、节点故障、节点更新等）时，可以使用master进行临时调度，待资源恢复时，再将pod转移

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

Node更新

当某个node节点需要资源更新时，为防止业务长时间中断，可以依次升级node，首先将需要升级的node节点设置污点，将pod资源调度到其它node节点上（如master资源充足也可以临时调用），等到该节点升级完毕后，去除污点。依次类推，将所有节点更新升级

#设置污点
kubectl taint node node-name key=value:NoExecute
-------------------------------------------------------------------------------
#去除污点
kubectl taint node node-name key:NoExecute-

维护操作

cordon 和 drain

#对节点执行维护操作：
kubectl get nodes

//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
#该node将会变为SchedulingDisabled状态
kubectl cordon <NODE_NAME>
//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
--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，会自动做两件事情:

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

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

cordon

作用：阻止新的 Pods 被调度到该节点上。当一个节点被标记为 cordon 时，已经在该节点上运行的 Pods 不会被驱逐，但新的 Pods 不会被调度到这个节点。

使用场景：通常用于节点的维护或升级，确保在维护期间不会有新的工作负载被分配到该节点上。

使用cordon指令，封锁节点
#其污点状态默认为node.kubernetes.io/unschedulable:NoSchedul

创建两个pod，进行验证

连续创建两个pod，由于node01被封锁(模拟节点维护更新)，所以pod只能在node02上创建

恢复调度

恢复调度：使用 kubectl uncordon node01 命令可以恢复节点的调度状态，允许新的 Pods 调度到该节点上

kubectl uncordon node01
node/node01 uncordoned

kubectl describe nodes node01|grep -i taints
Taints:             <none>

drain

作用：驱逐节点上的所有 Pods，即将它们从节点上移除并重新调度到其他可用的节点上。在执行 drain 操作时，可以指定一些选项，如忽略 DaemonSets 管理的 Pods，或者强制驱逐即使 Pods 有对应的容忍度。

使用场景：当需要对某个节点进行维护、升级或删除时，可以使用 drain 命令来确保节点上的 Pods 被安全地迁移到其他节点。

命令示例：

kubectl drain node01：基本驱逐命令，会驱逐节点上的所有 Pods（除了 DaemonSets 管理的 Pods）。
 
kubectl drain node01 --ignore-daemonsets=true：忽略 DaemonSets 管理的 Pods，驱逐其他所有 Pods。
 
kubectl drain node01 --force --ignore-daemonsets --delete-local-data：强制驱逐所有 Pods（包括 DaemonSets），并删除 Pods 的本地数据。注意，使用 --force 选项可能会导致数据丢失，请确保在使用前备份重要数据。

kubectl drain node02 --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data --force

恢复调度

恢复调度：和 cordon 一样，使用 kubectl uncordon node1 命令可以恢复节点的调度状态

kubectl uncordon node02
node/node02 uncordoned

kubectl describe node  node02 |grep -i taint
Taints:             <none>

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

简单来说

cordon的作用类似于NoSchedule

drain的作用类似于NoExecute

六、Pod启动阶段（相位 phase）

Pod启动阶段

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

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。

Pod启动阶段

第一步：controller manager管理的控制器创建pod副本

第二步：scheduler调度器根据调度算法选择最合适的node节点调度pod

第三步：kubelet拉取镜像

第四步：kubelet挂载存储卷

第五步：kubelet创建并运行容器

第六步：kubelet根据容器探针的探测结果设置Pod状态

phase 的可能状态有

●Pending：表示APIServer创建了Pod资源对象并已经存入了etcd中，但是它并未被调度完成（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之上，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（也就是说Running状态下的Pod不一定能被正常访问）。

●Succeeded：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，并且不会再重启。需要反馈任务执行的结果。

●Failed：Pod中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非0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，通常是 kube-controller-manager 无法与 Pod 通信。

七、K8S 常见的排障手段

在k8s的操作中，由于组件较多，任何一步有错误，都可能导致整个k8s集群陷入不可以状态

环境设置

防火墙策略、核心防护可能会导致节点之间无法通信

swap分区会导致kubelet无法启动，kubelet无法启动，意味着网络插件与kube-proxy容器无法启动

集群信息：使用kubectl get node查看集群信息，确保节点之间通信正常

pod事件处理

kubectl describe <资源类型> <资源名称>：查看资源详细信息

kubectl get events：指令查看所有事件信息，并使用grep过滤关键字

kubectl exec –it pod_name bash ：进入容器查看，只限于处于Running状态

kubectl logs pod_name：查看pod日志，在Failed状态下

journalctl -xefu kubelet：查看kubelet日志

#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

针对组件故障

#查看node节点运行状态
kubectl get nodes
#查看node节点的详细信息和资源描述
kubectl describe nodes <node节点名称>
#查看master组件的健康状态
kubectl get cs
#查看集群信息
kubectl cluster-info
#跟踪查看kubelet进程日志
journalctl -u -f kubelet

针对pod故障

#查看Pod的运行状态和就绪状态
kubectl get pods -o wide

#查看资源的详细信息和事件描述，主要是针对处于Pending状态的故障
kubectl describe <pods|其它资源类型> <资源名称>

#查看Pod容器的主进程日志，主要是针对进入Running状态后的故障，比如Failed异常问题
kubectl logs <Pod资源名称> -c <容器名称> -f -p

#进入Pod容器查看容器内部相关的状态信息，比如进程、端口、文件、流量等状态信息
kubectl exec -it <Pod资源名称> -c <容器名称> sh|bash

#在Pod中创建临时工具容器进入目标容器进行调试，主要针对没有调试工具的容器使用
kubectl debug -it <Pod资源名称> --image=<临时工具容器的镜像名> --target=<目标容器>

#在Pod容器宿主机使用nsenter转换网络namespace，直接在宿主机进入目标容器的网络命名空间进行抓包等调试工作
nsenter -n --target <容器ID>

针对网络故障

查看service资源的clusterIP、port、nodePort等信息
kubectl get svc
#查看service资源的标签选择器、endpoints端点等信息
kubectl describe svc <svc资源名称>
#查看Pod的标签
kubectl get pods --show-lables

总结

污点的组成格式如下：

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

设置(增加)、查看和去除(删除)污点

#设置(增加)污点
kubectl taint node 节点名 键=值:污点类型
kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule

#节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe node 节点名 
kubectl describe node node01
kubectl describe node node01 | grep Taints
kubectl describe node node01 | grep -A2 -i taint

#去除(删除)污点
kubectl taint node 节点名 键名-
kubectl taint node node01 key1-
kubectl taint node 节点名 键名=值:污点类型-
kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-

key2- 这将删除所有键名为key2的污点

-A2 表示显示过滤行及其后两行

-i 表示不区分大小写

node节点存在NoExecute污点时，使用硬策略，还是可以创建到node02节点上的；

污点、容忍和驱逐

污点(taint)：是一种用于标记node节点的属性，会阻止调度器在该节点上去创建pod；

容忍(Tolerations)：用于标记pod 可以在哪些node节点上调度运行，如果一个节点拥有pod容忍度中指定的taint(污点)，那么该节点上就可以调度pod

驱逐：是指k8s 集群中删除pod 的过程；这个过程中pod 可能会被驱逐，因为节点已经无法继续运行，或者因为需要将pod 从一个节点转移到另一个节点；节点故障或者需要更新时会用到驱逐

资源不足、硬件升级、软件升级等情况会用到驱逐

驱逐Node节点出去进行版本升级，升级结束后再加入

排障手段

kubectl get pod/node 查看pod/node的状态提示

kubectl describe                 查看相关资源的详细事件信息

kubectl logs               查看pod 容器的进程日志

kubectl exec -it           进入pod 容器，查看容器状态

journalctl -u kubelet 查看kubelet 的进程日志