【k8s】pod调度——亲和，反亲和，污点，容忍

官方网址：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/

一、亲和性

（1）节点亲和性

pod.spec.nodeAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略 p开头
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略 r开头

（2）Pod 亲和性

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

区别：一个节点的标签，一个pod的标签

可以把自己理解成一个Pod，当你报名来学云计算，如果你更倾向去A老师带的班级，把不同老师带的班级当作一个node的话，这个就是节点亲和性。如果你是必须要去A老师带的班级，这就是硬策略；而你说你想去并且最好能去A老师带的班级，这就是软策略。
如果你有一个很好的朋友叫lisi，你倾向和lisi同学在同一个班级，这个就是Pod亲和性。如果你一定要去lisi同学在的班级，这就是硬策略；而你说你想去并且最好能去lisi同学在的班级，这就是软策略。软策略是不去也可以，硬策略则是不去就不行。

（3）键值运算关系

●In：label 的值在某个列表中不在则为pending
●NotIn：label 的值不在某个列表中
●Gt：label 的值大于某个值
●Lt：label 的值小于某个值
●Exists：某个 label 存在
●DoesNotExist：某个 label 不存在

硬策略实例：

kubectl get nodes --show-labels
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
master   Ready    master   11d   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
node01   Ready    <none>   11d   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node01,kubernetes.io/os=linux
node02   Ready    <none>   11d   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node02,kubernetes.io/os=linux

//requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略
mkdir /opt/affinity
cd /opt/affinity

vim pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname    #指定node的标签
            operator: NotIn     #设置Pod安装到kubernetes.io/hostname的标签值不在values列表中的node上
            values:：
            - node02    #因为是NotIn所以不能在node02上
			

kubectl apply -f pod1.yaml

kubectl get pods -o wide
NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
affinity   1/1     Running   0          13s   10.244.1.30   node01   <none>           <none>

kubectl delete pod --all && kubectl apply -f pod1.yaml && kubectl get pods -o wide

#如果硬策略不满足条件，Pod 状态一直会处于 Pending 状态。

软策略案例：

软限制，会进行按照设置的条件进行匹配，匹配不到，它会自己调度一个node节点

创建pod-nodeaffinity-preferred.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nodeaffinity-preferred
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity:  #亲和性设置
    nodeAffinity: #设置node亲和性
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 软限制
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签(当前环境没有)
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["xxx","yyy"]

nodeAffinity规则设置的注意事项

1、如果同时定义了nodeSelector和nodeAffinity，那么必须两个条件都得到满足，Pod才能运行在指定的Node上。

2、如果nodeAffinity指定了多个nodeSelectorTerms，那么只需要其中一个能够匹配成功即可

3、如果一个nodeSelectorTerms中有多个matchExpressions ，则一个节点必须满足所有的才能匹配成功

4、如果一个pod所在的Node在Pod运行期间其标签发生了改变，不再符合该Pod的节点亲和性需求，则系统将忽略此变化

如果把硬策略和软策略合在一起使用，则要先满足硬策略之后才会满足软策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:   #先满足硬策略，排除有kubernetes.io/hostname=node02标签的节点
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: NotIn
            values:
            - node02
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #再满足软策略，优先选择有kgc=a标签的节点
	  - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kgc
            operator: In
            values:
            - a

二、Pod亲和性与反亲和性

调度策略           匹配标签   操作符                                       拓扑域支持       调度目标
nodeAffinity       主机       In, NotIn, Exists,DoesNotExist, Gt, Lt       否               指定主机
podAffinity           Pod           In, NotIn, Exists,DoesNotExist               是               Pod与指定Pod同一拓扑域
podAntiAffinity       Pod           In, NotIn, Exists,DoesNotExist               是               Pod与指定Pod不在同一拓扑域

kubectl label nodes node01 kgc=a
kubectl label nodes node02 kgc=a

创建一个标签为 app=myapp01 的 Pod

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1

kubectl apply -f pod3.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
myapp01 1/1 Running 0 37s 10.244.2.3 node01 <none> <none> app=myapp01

使用 Pod 亲和性调度，创建多个 Pod 资源

vim pod4.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp02
  labels:
    app: myapp02
spec:
  containers:
  - name: myapp02
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: kgc

#仅当节点和至少一个已运行且有键为“app”且值为“myapp01”的标签的 Pod 处于同一拓扑域时，才可以将该 Pod 调度到节点上。（更确切的说，如果节点 N 具有带有键 kgc 和某个值 V 的标签，则 Pod 有资格在节点 N 上运行，以便集群中至少有一个具有键 kgc 和值为 V 的节点正在运行具有键“app”和值 “myapp01”的标签的 pod。）
#topologyKey 是节点标签的键。如果两个节点使用此键标记并且具有相同的标签值，则调度器会将这两个节点视为处于同一拓扑域中。调度器试图在每个拓扑域中放置数量均衡的 Pod。
#如果 kgc 对应的值不一样就是不同的拓扑域。比如 Pod1 在 kgc=a 的 Node 上，Pod2 在 kgc=b 的 Node 上，Pod3 在 kgc=a 的 Node 上，则 Pod2 和 Pod1、Pod3 不在同一个拓扑域，而Pod1 和 Pod3在同一个拓扑域。

kubectl apply -f pod4.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
myapp01 1/1 Running 0 15m 10.244.1.3 node01 <none> <none> app=myapp01
myapp02 1/1 Running 0 8s 10.244.1.4 node01 <none> <none> app=myapp02
myapp03 1/1 Running 0 52s 10.244.2.53 node02 <none> <none> app=myapp03
myapp04 1/1 Running 0 44s 10.244.1.51 node01 <none> <none> app=myapp03
myapp05 1/1 Running 0 38s 10.244.2.54 node02 <none> <none> app=myapp03
myapp06 1/1 Running 0 30s 10.244.1.52 node01 <none> <none> app=myapp03
myapp07 1/1 Running 0 24s 10.244.2.55 node02 <none> <none> app=myapp03

使用 Pod 反亲和性调度

示例1：
vim pod5.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp10
  labels:
    app: myapp10
spec:
  containers:
  - name: myapp10
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - myapp01
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

#如果节点处于 Pod 所在的同一拓扑域且具有键“app”和值“myapp01”的标签，则该 pod 不应将其调度到该节点上。（如果 topologyKey 为 kubernetes.io/hostname，则意味着当节点和具有键 “app”和值“myapp01”的 Pod 处于相同的拓扑域，Pod 不能被调度到该节点上。）

kubectl apply -f pod5.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
myapp01 1/1 Running 0 44m 10.244.1.3 node01 <none> <none> app=myapp01
myapp02 1/1 Running 0 29m 10.244.1.4 node01 <none> <none> app=myapp02
myapp10 1/1 Running 0 75s 10.244.2.4 node02 <none> <none> app=myapp03

示例2：
vim pod6.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp20
  labels:
    app: myapp20
spec:
  containers:
  - name: myapp20
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: kgc

//由于指定 Pod 所在的 node01 节点上具有带有键 kgc 和标签值 a 的标签，node02 也有这个kgc=a的标签，所以 node01 和 node02 是在一个拓扑域中，反亲和要求新 Pod 与指定 Pod 不在同一拓扑域，所以新 Pod 没有可用的 node 节点，即为 Pending 状态。
kubectl get pod --show-labels -owide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
myapp01 1/1 Running 0 43s 10.244.1.68 node01 <none> <none> app=myapp01
myapp20 0/1 Pending 0 4s <none> <none> <none> <none> app=myapp03

kubectl label nodes node02 kgc=b --overwrite

kubectl get pod --show-labels -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
myapp01 1/1 Running 0 7m40s 10.244.1.68 node01 <none> <none> app=myapp01
myapp21 1/1 Running 0 7m1s 10.244.2.65 node02 <none> <none> app=myapp03

三、污点(Taint) 和容忍(Tolerations)

//污点(Taint)
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 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上
●PreferNoSchedule：表示 k8s 将尽量避免将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上
●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

kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
master Ready master 11d v1.20.11
node01 Ready <none> 11d v1.20.11
node02 Ready <none> 11d v1.20.11

//master 就是因为有 NoSchedule 污点，k8s 才不会将 Pod 调度到 master 节点上
kubectl describe node master
......
Taints: node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule

#设置污点
kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule

#节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe node node-name

#去除污点
kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-

kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myapp01 1/1 Running 0 4h28m 10.244.2.3 node02 <none> <none>
myapp02 1/1 Running 0 4h13m 10.244.2.4 node02 <none> <none>
myapp03 1/1 Running 0 3h45m 10.244.1.4 node01 <none> <none>

kubectl taint node node02 check=mycheck:NoExecute

//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）
kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myapp03 1/1 Running 0 3h48m 10.244.1.4 node01 <none> <none>

//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。

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute

vim pod3.yaml

kubectl apply -f pod3.yaml

在两个 Node 上都设置了污点后，此时 Pod 将无法创建成功

kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myapp01 0/1 Pending 0 17s <none> <none> <none> <none>

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

#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

kubectl apply -f pod3.yaml

//在设置了容忍之后，Pod 创建成功
kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
myapp01 1/1 Running 0 10m 10.244.1.5 node01 <none> <none>

//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-

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
kubectl cordon <NODE_NAME> #该node将会变为SchedulingDisabled状态

//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，会自动做了两件事情:
（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>

//Pod启动阶段（相位 phase）
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。
一般来说，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。

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。

##故障排除步骤：
//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