1、什么是调度?

调度器通过 kubernetes 的 watch 机制来发现集群中新创建且尚未被调度到 Node 上的 Pod。调度器会将发现的每一个未调度的 Pod 调度到一个合适的 Node 上来运行。

kube-scheduler 是 Kubernetes 集群的默认调度器,并且是集群控制面的一部分。kube-scheduler 是很灵活的,在设计上是允许你自己写一个调度组件并替换原有的 kube-scheduler。

在做调度决定时需要考虑的因素包括:单独和整体的资源请求、硬件/软件/策略限制、亲和以及反亲和要求、数据局域性、负载间的干扰等等。

默认策略可以参考:https://kubernetes.io/docs/reference/scheduling/policies/

2、nodeName

nodeName 是节点选择约束的最简单方法,但一般不推荐。如果 nodeName 在 PodSpec 中指定了,则它优先于其他的节点选择方法。直接就指定在哪个节点调度。

使用nodeName 来选择节点的一些限制:
(1)如果指定的节点不存在。
(2)如果指定的节点没有资源来容纳 pod,则pod 调度失败。
(3)云环境中的节点名称并非总是可预测或稳定的。

编辑pod.yaml 文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
      nodeName: server2 		%寻找node是server2的节点

[root@server2 ~]# kubectl  apply  -f pod.yaml 	%应用,创建pod
pod/nginx created
[root@server2 ~]# kubectl  get pod
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx   1/1     Running   0          5s
[root@server2 ~]# kubectl  get pod  -o wide	%调度到了server2(server2是master,一般不用它工作的,原因后面讲)
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP               NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx   1/1     Running   0          19s     10.244.179.115   server2   <none>           <none>
		%实验完成,删除pod

3、nodeSelector

nodeSelector 是节点选择约束的实用形式,它的原理是匹配某些特殊的标签,满足该条件的节点就可以被调度过去。

创建目录
 
编辑pod.yaml文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test		%该pod的标签是env=test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:		%选择标签disktype=ssd的node
    disktype: ssd

 
应用pod.yaml文件,创建pod,查看状态为pending,因为三个节点都没有ssd这个标签。
 
给server3加标签disktype=ssd,再次查看pod的状态,已经running了
 
删除标签后,查看pod的状态,还是running,这是因为,pod已经调度过去了,删除标签也不影响
删除pod,净化环境
 

(1)节点亲和性

nodeSelector 提供了一种非常简单的方法来将 pod 约束到具有特定标签的节点上。亲和与反亲和功能极大地扩展了你可以表达约束的类型。你可以发现规则是“软”/“偏好”,而不是硬性要求,因此,如果调度器无法满足该要求,仍然调度该 pod。
节点亲和中的三个参数:
(1)requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 必须满足
(2)preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution倾向满足
(3)IgnoreDuringExecution 表示如果在Pod运行期间Node的标签发生变化,导致亲和性策略不能满足,则继续运行当前的Pod。
nodeaffinity还支持多种规则匹配条件的配置如下:

表示 含义
In label 的值在列表内
NotIn label 的值不在列表内
Gt label 的值大于设置的值,不支持Pod亲和性
Lt label 的值小于设置的值,不支持pod亲和性
Exists 设置的label 存在
DoesNotExist 设置的 label 不存在

参考:https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/

编辑pod1.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: node-affinity
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  affinity:
    nodeAffinity:				%node亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	%必须满足该模块的条件
           nodeSelectorTerms:
           - matchExpressions:
             - key: kubernetes.io/hostname
               operator: In		%以下条件在列表内,才可调度
               values:			%调度的节点必须是server3或server4
               - server3
               - server4
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	%优先匹配满足该模块条件的节点,不满足也没事
      - weight: 1				%权重为1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: disktype		%匹配条件是disktype这个键值为ssd
            operator: In
            values:
            - ssd  

 
应用,创建pod,由于现在server3和server4都没有ssd这个标签,且都满足硬性条件,所以随机调度到了server3
 
删除上个pod,给server4添加disktype=ssd这个标签,再次创建pod,查看,调度到了server4
 
查看详细信息也可以看到,该pod由于node的亲和性,调度到了server4
 

(2)pod亲和与反亲和

除了上面的节点的亲和性,也可以使用 pod 的标签来约束,而不是使用节点本身的标签,来允许哪些 pod 可以或者不可以被放置在一起。

pod亲和性和反亲和性:
(1)podAffinity 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,也可以是多个主机组成的cluster、zone等。)即pod2想和某些特殊的pod1在同一个节点工作
(2)podAntiAffinity主要解决POD不能和哪些POD部署在同一个拓扑域中的问题。它们处理的是Kubernetes集群内部POD和POD之间的关系。即pod2想避开某些特殊的pod1所在的那个节点

Pod间亲和与反亲和在与更高级别的集合(例如 ReplicaSets,StatefulSets,Deployments 等)一起使用时,它们可能更加有用。可以轻松配置一组应位于相同定义拓扑(例如,节点)中的工作负载。Pod 间亲和与反亲和需要大量的处理,这可能会显著减慢大规模集群中的调度。

首先纯净实验环境
 
编辑pod2.yaml 文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:			%nginx这个pod的标签是app=nginx
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mysql
  labels:			%mysql这个pod的标签是app=mysql
    app: mysql
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:5.7
    env:			%环境变量
     - name: "MYSQL_ROOT_PASSWORD"
       value: "westos"
  affinity:
    podAffinity:		%pod亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:	%必须满足以下条件
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app			%标签app=nginx
            operator: In
            values:
            - nginx
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

 

 
应用pod2.yaml 文件,创建pod,查看两个pod,他们在同一个节点上,因为mysql专门匹配有nginx这个标签的pod,nginx去哪个节点,mysql就去哪个节点,生产环境中也确实有这种需要,nginx服务和mysql数据库要放在一起。
 
下面测试pode的反亲和。修改pod2.yaml 文件,由原来的pod亲和变为pod反亲和
 
应用pod2.yaml 文件,创建pod,可以看到,mysql和nginx专门不在同一个节点上
 

4、Taints(污点)

NodeAffinity节点亲和性,是Pod上定义的一种属性,使Pod能够按我们的要求调度到某个Node上,而Taints则恰恰相反,它可以让Node拒绝运行Pod,甚至驱逐Pod。

Taints(污点)是Node的一个属性,设置了Taints后,Kubernetes是不会将Pod调度到这个Node上的,于是Kubernetes就又给Pod设置了个属性Tolerations(容忍),只要Pod能够容忍Node上的污点,那么Kubernetes就会忽略Node上的污点,就能够(不是必须)把Pod调度过去。

举个不太恰当的例子:假如一个人有犯罪前科(Taints)来应聘,我是饭店老板,那么我可能不喜欢他,甚至驱逐他,不让他在这工作等等,但是如果我比较大度(Tolerations),我不计较你的前科(Taints),那我就可以把你留在我这当服务生。

可以使用命令 kubectl taint 给节点增加一个 taint:
kubectl taint nodes node1 key=value:NoSchedule 创建
kubectl describe nodes server1 |grep Taints 查询
kubectl taint nodes node1 key:NoSchedule- 删除

其中[effect] 可取值: [ NoSchedule | PreferNoSchedule | NoExecute ]

参数 含义
NoSchedule POD 不会被调度到标记为 taints 的节点
PreferNoSchedule NoSchedule 的软策略版本(最好不要调度到标记为 taints 的节点)
NoExecute 该选项意味着一旦 Taint 生效,如该节点内正在运行的 POD 没有对应 Tolerate 设置,会直接被逐出

注意上面的nodename调度方式无视污点,nodename的优先级最高,nodename说去哪里就去哪里

(1)NoSchedule+标签选择

前面说到server2是集群的master,默认不会work只会调度,原因就在与server2有污点,NoSchedule
 
编辑pod.yaml 文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    roles: master		%匹配标签roles=master的节点

 
给server2添加roles=master标签,应用pod.yaml 文件,创建pod,查看pod的状态为pending。原因是创建pod时,要寻找标签是roles=master的节点,找到了server2,但是server2上有污点,NoSchedule,pod就无法调度到server2,那么pod只能等待。说明标签选择无法覆盖污点
 
显示调度失败
 

(2)容忍

tolerations中定义的key、value、effect,要与node上设置的taint保持一致:
(1)如果 operator 是 Exists ,value可以省略。
(2)如果 operator 是 Equal ,则key与value之间的关系必须相等。
(3)如果不指定operator属性,则默认值为Equal。
还有两个特殊值:
(1)当不指定key时,再配合Exists 就能匹配所有的key与value ,可以容忍所有污点。
(2)当不指定effect时 ,则匹配所有的effect。

1.NoSchedule

修改pod.yaml 文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    roles: master
  tolerations:			%容忍NoSchedule这个污点,即装作看不见NoSchedule这个污点
  - operator: "Exists"
    effect: "NoSchedule"

 
删除上个的pod,重新应用pod.yaml 文件,查看状态,running了
 
删除上个的pod,给server3也添加一个污点,NoSchedule。
 

修改pod.yaml 文件,注释掉匹配标签模块和容忍模块。
 
应用pod.yaml 文件,节点只能去server4,因为server2和server3都有污点
 

2.NoExecute

NoExecute:该选项意味着一旦 Taint 生效,如该节点内正在运行的 POD 没有对应 Tolerate 设置,会直接被逐出。被驱逐到其他node节点。

删除以前的pod
 

修改pod.yaml 文件

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    disktype: ssd		%匹配标签disktype=ssd
  tolerations:
  - operator: "Exists"
    effect: "NoSchedule"	%容忍NoSchedule这个污点

 
查看标签,之前给server4添加了ssd这个标签。应用pod.yaml 文件,pod被调度到server4
 
给server4添加污点key=value:NoExecute,可以看到添加完成后,之前在server4上的pod立马被驱离了
 
当pod.yaml 文件改为

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  nodeSelector:
    disktype: ssd		%匹配标签disktype=ssd
  tolerations:
  - operator: "Exists"
    effect: "NoExecute"	%容忍NoExecute这个污点

为Pod设置容忍后,应用pod.yaml 文件,server4又可以运行Pod了

测试完成后,取消污点kubectl taint nodes server4 key:NoExecute-

5、cordon、drain、delete

影响Pod调度的指令还有:cordon、drain、delete,后期创建的pod都不会被调度到该节点上,但操作的暴力程度不一样,逐渐递增。

(1)cordon隔离

cordon 停止调度。影响最小,只会将node调为SchedulingDisabled,新创建pod,不会被调度到该节点,节点原有pod不受影响,仍正常对外提供服务。

隔离server3后,状态为SchedulingDisabled,新的pod不会被调度到server3。
取消隔离后,恢复正常
 

(2)drain驱逐

drain 驱逐节点:
首先驱逐node上的已有pod,在其他节点重新创建,然后将节点调为SchedulingDisabled。

驱逐server3时,显示错误,是因为有daemonset这个控制器,他的特点就是每个节点上部署一个,和驱逐策略冲突,所以我们需要忽略daemonset产生的pod,把其他pod驱逐。查看状态会显示SchedulingDisabled。同时可以查看pod的数量锐减
 

kubectl uncordon server3		%恢复

(3)delete删除

delete 删除节点。最暴力的一个,首先驱逐node上的pod,在其他节点重新创建,然后,从master节点删除该node,master失去对其控制,

kubectl delete node server3		%删除server3

可以看到删除后,连接直接拒绝了
 
如要恢复调度,需进入node节点server3,重启kubelet服务,重新连接master

[root@server3 ~]# systemctl restart kubelet	%基于node的自注册功能,恢复使用

server3恢复正常
 

补充:上面讲了已经连接过的节点被删除后,如何恢复。下面讲解如何添加一个新的节点。
我们第一想法是使用刚开始初始化后产生的token令牌添加新的节点,但是那个token只有24小时的有效期,所以需要重新建立token。如下图,建立token,查看,有效期确实为24小时。然后把这个新的token给准备添加的节点,加入集群。