云原生之kubernetes调度约束（scheduler调度器）

超、凢脫俗 2024-04-01 16:49 110阅读 0赞

**目录**

前言：

一、K8s调度约束

1、调度过程

2、调度的阶段

二、“重启”策略

三、建立POD的详细过程

四、调度方式

1、指定调度节点

2、通过label-selector机制选择节点，由调度器调度策略匹配 label，然后调度 Pod 到目标节点

3、节点标签、及删除

五、 亲和性（pod.spec.nodeAffinity）

1、为什么需要亲和性

2、节点的亲和性

3、Pod的亲和性

4、键值运算关系

5、硬亲和策略测试

6、软亲和测试

六、污点和容忍

1、概括

2、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

3、设置污点（NoSchedule）

4、删除污点

5、配置污点（NoExecute）

6、配置容忍

七、Pod启动阶段

--------------------

## 前言： ##

在默认情况下，一个Pod在哪个Node节点上运行，是由Scheduler组件采用相应的算法计算出来的，这个过程是不受人工控制的。但是在实际使用中，这并不满足的需求，因为很多情况下，我们想控制某些Pod到达某些节点上，这需要根据调度方式进行选择。

**调度方式分为四大类：**

①、自动调度：运行在哪个节点上完全由Scheduler经过一系列的算法计算得出

②、定向调度：NodeName、NodeSelector

③、亲和性调度：NodeAffinity、PodAffinity、PodAntiAffinity

④、污点（容忍）调度：Taints、Toleration

## 一、K8s调度约束 ##

kubernetes是通过list-watch的机制进行每个组件的协作，保持数据同步的，每个组件之间的设计实现解耦。

### 1、调度过程 ###

Scheduler 是 kubernetes 的调度器，主要的任务是把定义的 pod 分配到集群的节点上。调度考虑方向如下：

①、公平：如何保证每个节点都能被分配资源

②、资源高效利用：集群所有资源最大化被使用

③、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

④、灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑

### 2、调度的阶段 ###

①、首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为预选策略（predicate）

②、然后对通过的节点按照优先级排序，这个是优选策略（priorities）

③、最后从中选择优先级最高的节点。

**ps:预选策略的算法**

**①、PodFitsResources（pod匹配资源）:****节点上剩余的资源是否大于 pod 请求的资源**

**②、PodFitsHost（pod匹配主机名）：如果 pod 指定了 NodeName，检查节点名称是否和 NodeName 匹配**

**③、PodFitsHostPorts（pod匹配端口）：节点上已经使用的 port 是否和 pod 申请的 port 冲突**

**④、PodSelectorMatches：过滤掉和 pod 指定的 label 不匹配的节点**

**⑤、NoDiskConflict：已经 mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不冲突，除非它们都是只读**

## 二、“重启”策略 ##

重启策略(restartPolicy)：当Pod 中的容器退出时通过节点上的 kubelet 重启容器（默认策略），适应与pod中的所有容器

重启得到方式：

1、Always：当容器终止退出后，总是重启容器，默认策略

2、onFailure：当容器异常退出（退出状态码非0）时，重启容器；正常退出则不重启容器

3、Never：当容器终止退出后，从不重启容器

**查看重启策略的方法及以yaml文件的方式修改：可进行直接修改。**

> \[root@master ~\]\# kubectl edit pods nginx-ceshi-789db4b458-7dhlv

![f163ac0ce5044691b5153da3833c0763.png][]

例如：修改nginx的版本号

![ff8f508ba6a24495a677718deaa606be.png][]

> \[root@master ~\]\# kubectl describe pods nginx-ceshi-789db4b458-7dhlv \#\#\#查看pod的详细信息

## ![356958c8cdc642b2877eca0861464f11.png][]   三、建立POD的详细过程 ##

![93fc6902eb8e490c99f8af5328b047f3.png][]

创建过程：

①、 pod在启动后，Controller Manager（运行在 Master），Scheduler（运行在 Master），kubelet（运行在 Node），他们都会监听（Watch）ApiServer发生的事件；

②、 用户通过 kubectl 或其他 API 客户端提交请求给 APIServer 来建立一个 Pod 对象副本；

③、APIServer 尝试着将 Pod 对象的相关元信息存入 etcd 中，待写入操作执行完成，APIServer 即会返回确认信息至客户端；

④、当 etcd 接受创建 Pod 信息以后，会发送一个 Create 事件给 APIServer；

⑤、此时处于监听状态的scheduler（调度器），会向api-server请求后端资源信息，然后根据预选、优选策略，选定创建POD的节点，并将信息返回至api-server；

⑥、由于 Controller Manager 一直在监听（Watch，通过https的6443端口）APIServer 中的事件  
。此时 APIServer 接受到了 Create 事件，又会发送给 Controller Manager；

⑦、Controller Manager 在接到 Create 事件以后，调用其中的 Replication Controller  
来保证 Node 上面需要创建的副本数量。一旦副本数量少于 RC 中定义的数量，RC 会自动创建  
副本。总之它是保证副本数量的 Controller；

⑧、在 Controller Manager 创建 Pod 副本以后，APIServer 会在 etcd 中记录这个 Pod 的详细  
信息

## 四、调度方式 ##

### 1、指定调度节点 ###

**ps：当指定调度节点后，在创建POD的时候会跳过scheduler，该匹配规则则属于强匹配，即使该节点配置了污点，污点也发挥不了作用。**

![9943cf2661d34ac38b66c0fcf2d21c42.png][]

> \[root@master scheduler\]\# kubectl get pods -o wide

![9d1daff1bf2d4cdcb3a88d0389a13128.png][]

### 2、通过label-selector机制选择节点，由调度器调度策略匹配 label，然后调度 Pod 到目标节点 ###

①给节点打上标签：

> 节点node01打标签：
> 
> \[root@master scheduler\]\# kubectl label nodes node01 ceshi=a  
> node/node01 labeled
> 
> 节点node02打标签：
> 
> \[root@master scheduler\]\# kubectl label nodes node02 ceshi=b  
> node/node02 labeled

yaml文件内容：

![4d66bf64cc4244abab1b9384105b06fb.png][]

查看创建POD的节点

> \[root@master scheduler\]\# kubectl get pods -o wide

![a6950d73902242d4b10bf28c50624c3e.png][]

### 3、节点标签、及删除 ###

①、查询标签

> \[root@master scheduler\]\# kubectl describe nodes node02 | grep -i ceshi=b

![d9a9fd1047c7467bb254b51dd69d8508.png][]

②、修改标签

![c5711e4853194bd38d7052dbb4d7d32b.png][]

③、 删除标签

> \[root@master scheduler\]\# kubectl label nodes node02 ceshi- \#\#\#在创建的命令，去掉标 签值加上“-”号

![bf9d35a15bf943b79aa930fe5a9d79aa.png][]

④、通过指定标签来查找节点

> \[root@master scheduler\]\# kubectl get nodes -l ceshi=a \#\#\# -l代表label的意思，指定标签名

![e951da0d3e844e3391c81afb5caededc.png][]

## 五、 亲和性（pod.spec.nodeAffinity） ##

### 1、为什么需要亲和性 ###

在k8s的默认调度规则中，节点总会偏向于把所属于一个项目的所有Pod调度在同一节点上。若是服务器配置较低的情况下，较多的Pod调度于同一节点会在眨眼之间充分占用服务器硬件资源，而导致系统负载压力过大，访问不了Pod应用的情况。

### 2、节点的亲和性 ###

节点亲和性（nodescheduler）：基于节点的标签来限定Pod可以被调度到哪些节点上，让k8s集群自动进行负载均衡，提高性能。

①、节点亲和的两种类型：(pod.spec.nodeAffinity)

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略（记忆软屁，p打头即为软策略）

软策略：目标节点最好能满足此条件

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

硬策略：目标节点必须满足此条件

### 3、Pod的亲和性 ###

①、pod点亲和的两种类型：(pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity)

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

### 4、键值运算关系 ###

①、In：label 的值在某个列表中

②、NotIn：label 的值不在某个列表中

③、Gt：label 的值大于某个值

④、Lt：label 的值小于某个值

⑤、Exists：某个 label 存在

⑥、DoesNotExist：某个 label 不存在

### 5、硬亲和策略测试 ###

①、查看每个节点的标签

![c08e86aa1e6c4b899946eaccf1dbc52a.png][]

②、 创建Yaml文件，创建POD

设置了一个标签，设置的键值关系为notin

![25206d80d8ff4c5a83ef3e224dc1e18c.png][]

![0dec96aeba7c47769ae4beec51fef7ec.png][]查看建立在哪个节点之上

![741a19607ddd475db47c91ee9d79e2b0.png][]

> 查看调度过程，查看event事件：
> 
> \[root@master scheduler\]\# kubectl describe pods affinity

![1e7e8d6216b34a0fa7386f90e3a30879.png][]

### 6、软亲和测试 ###

①、查看节点的所有标签

![6c028b4e55db45088c82b0b843b5c2a5.png][]

②、编写yaml文件

![e5e58479c85b43bd8c65a57ce1280960.png][]

> \[root@master scheduler\]\# kubectl apply -f pod2.yaml
> 
> pod/affinity created

③、创建结果

![a91960c190cc446dbc3c5a04d88770c3.png][]

④、查看pod的详细信息

> \[root@master scheduler\]\# kubectl get pods -o wide

![a06b9735a6234d9c9454995d6b868779.png][]

## 六、污点和容忍 ##

### 1、概括 ###

污点，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。

### 2、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：

①、NoSchedule：表示 k8s 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上

②、PreferNoSchedule：表示 k8s 将尽量避免将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上

③、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

### 3、设置污点（NoSchedule） ###

> \[root@master scheduler\]\# kubectl taint node node01 ceshi=abc:NoSchedule \#\# 在node01上设置污点

> \[root@master scheduler\]\# kubectl create deployment nginx-noschedule --image=nginx --port=80 --replicas=3

![09bdd60de97a4eb0850e52d50390b8a3.png][]

节点node01上有污点，新建pod都不在node01上建立

### 4、删除污点 ###

> \[root@master scheduler\]\# kubectl taint node node01 ceshi- \#\#\# 标签不带标签值后面加“-” 即可删除

删除一个副本，实验是否会在node01上创建

> \[root@master scheduler\]\# kubectl delete pod nginx-noschedule-545d5b4b4b-49cj4

![b8c19996ed4e41a689fe67882a49607c.png][]

### 5、配置污点（NoExecute） ###

> \[root@master scheduler\]\# kubectl taint node node02 ceshi-noexecute=a:NoExecute
> 
> \#\#配置了污点且具有驱逐，配置成功之后，把节点上所有的pod都驱逐出去

![c9dc68ff8cbf47d39f6349673979e53a.png][]

### 6、配置容忍 ###

设置了污点的 Node 将根据 taint 的三种模式: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。

> \#\#\# node01打污点（驱逐）
> 
> \[root@master scheduler\]\# kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute  
> node/node01 tainted  
> \#\#\# node02打污点（驱逐）
> 
> \#\#\# 编辑创建pod的yaml文件
> 
> \[root@master scheduler\]\# vim pod3.yaml
> 
> apiVersion: v1  
> kind: Pod  
> metadata:  
> name: myapp01  
> labels:  
> app: myapp01  
> spec:  
> containers:  
> \- name: with-node-affinity  
> image: soscscs/myapp:v1  
> 
> 
> \#\#\# 建立pod
> 
> \[root@master scheduler\]\# kubectl apply -f pod3.yaml  
> pod/myapp01 created
> 
> \#\#\# 持续观测新建pod状态

![499976127c3845a4b9090d5f471ab6e0.png][]

修该yaml文件，添加容忍

> \[root@master scheduler\]\# vim pod3.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: "mycheck"  
> effect: "NoExecute"  
> tolerationSeconds: 3600

![2ba886f6709742c2a80268b727eef632.png][]

配置容忍后，含有污点的节点也能创建成功

## 七、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的创建过程中的几大步骤**

（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。

**可能会出现的状态：**

①、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

②、unning：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）

③、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

④、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

⑤、Unknown：表示无法读取 Pod 状态，通常是 kube-controller-manager 无法与 Pod 通信

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[e5e58479c85b43bd8c65a57ce1280960.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/027b84d2271d413ca29fe789b4fc0c83.png
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[a06b9735a6234d9c9454995d6b868779.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/2d45c8f1e2314ca194dfa21c9c55badd.png
[09bdd60de97a4eb0850e52d50390b8a3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/4c1391ad138b4260b59973247cffde9a.png
[b8c19996ed4e41a689fe67882a49607c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/25c397e2e51d4285af410b51319be199.png
[c9dc68ff8cbf47d39f6349673979e53a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/729fadad75fe4d19b43f97fac5b7c83f.png
[499976127c3845a4b9090d5f471ab6e0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/5cdb8177aff14044844d195173a24fe4.png
[2ba886f6709742c2a80268b727eef632.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/efd39f162f1144b482230dcc1bc2f55b.png