K8s Pod亲和性、污点、容忍度、生命周期与健康探测详解（上）

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在上一章节中，我们详细探讨了Pod的概念、创建、生命周期、网络和存储等，本期将作为上期文章的补充，详细介绍 Pod亲和性、污点、容忍度、生命周期与健康探测等

一、引言

1、Kubernetes与Pod的基本概述

2、Pod亲和性、污点、容忍度的重要性

3、Pod生命周期与健康探测的意义

二、Pod亲和性

1、Pod亲和性的概念与作用

2、节点亲和性与Pod间亲和性的区别

3、如何配置节点亲和性

4、如何配置Pod间亲和性

5、如何配置Pod间反亲和性

6、Pod亲和性的应用场景

一、引言

1、Kubernetes与Pod的基本概述

Kubernetes（常简称为K8s）是一个开源的容器编排系统，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它提供了许多功能，如自我修复、水平扩展、服务发现和负载均衡等，使得在集群环境中运行容器化应用程序变得更加简单和高效。

Pod是Kubernetes中最小的部署单元，也是其他Kubernetes对象的基本构建块。一个Pod可以包含一个或多个紧密相关的容器，这些容器共享存储、网络、运行时配置等资源，并且一起被调度到集群中的一个节点上运行。Pod中的容器共享相同的网络命名空间，因此它们可以通过localhost进行通信。同时，Pod也作为集群管理的最小单位，提供了更高的管理粒度。

2、Pod亲和性、污点、容忍度的重要性

Pod亲和性：Pod亲和性允许用户根据特定规则将Pod调度到集群中的节点上。这有助于优化资源利用、提高性能并满足应用程序的特定需求。

污点（Taints）：污点是定义在节点上的键值对，用于表示节点上的某些不期望的特性或限制。这使得节点能够主动拒绝不符合条件的Pod的调度，从而确保节点资源不被不适合的Pod占用。

容忍度（Tolerations）：容忍度是定义在Pod上的键值对，允许Pod容忍节点的污点，从而可以被调度到带有污点的节点上。这增加了Pod调度的灵活性，使其能够适应集群中不同节点的特性。

3、Pod生命周期与健康探测的意义

Pod生命周期在Kubernetes中指的是Pod从创建到终止的整个过程，包括初始化容器、主容器的运行、容器启动后和终止前的钩子执行，以及容器的存活性探测和就绪性探测等阶段。每个阶段都有其特定的作用和目的，共同确保了Pod在集群中的正常运行和有效管理。

健康探测则是Kubernetes保证Pod及其中容器运行状态的重要手段。通过存活性探针和就绪性探针，Kubernetes能够实时检测Pod及容器的运行状态，一旦发现异常，便采取相应的措施，如重启容器或剔除异常实例，以保证服务的可用性和稳定性。

二、Pod亲和性

1、Pod亲和性的概念与作用

Pod 亲和性（Affinity）是 Kubernetes 中的一个重要概念，它用来指定 Pod 与节点之间的关系，即规定 Pod 应该被调度到哪些节点上运行。Pod 亲和性可以分为两种类型：Node Affinity（节点亲和性）和 Pod Affinity（Pod 亲和性）。

1. 节点亲和性（Node Affinity）：通过节点亲和性，可以指定 Pod 与节点的关系，使得 Pod 被调度到满足指定条件的节点上运行。Node Affinity 可以分为以下几种类型：

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示 Pod 必须被调度到满足指定条件的节点上运行，如果没有满足条件的节点，则 Pod 将一直处于 Pending 状态。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示 Pod 倾向于被调度到满足指定条件的节点上运行，但如果没有满足条件的节点，也可以被调度到其他节点上运行。

2. Pod 亲和性（Pod Affinity）：通过 Pod 亲和性，可以指定 Pod 与其他 Pod 的关系，使得同一组或相关的 Pod 被调度到同一节点上运行，或者避免相互冲突的 Pod 被调度到同一节点上运行。Pod Affinity 可以分为以下几种类型：

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示 Pod 必须与满足指定条件的其他 Pod 被调度到同一节点上运行，如果没有满足条件的其他 Pod，则 Pod 将一直处于 Pending 状态。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示 Pod 倾向于与满足指定条件的其他 Pod 被调度到同一节点上运行，但如果没有满足条件的其他 Pod，也可以被调度到其他节点上运行。

※require表示必须有节点满足这个位置定义的亲和性，这是个硬性条件，硬亲和性

※prefered表示有节点尽量满足这个位置定义的亲和性，这不是一个必须的条件，软亲和性

3. 节点反亲和性（Node Anti-Affinity）：通过节点反亲和性，可以指定 Pod 应该避免被调度到满足指定条件的节点上运行。与节点亲和性相似，节点反亲和性也可以分为 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 和 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 两种类型。

4. Pod 反亲和性（Pod Anti-Affinity）：通过 Pod 反亲和性，可以指定 Pod 应该避免与满足指定条件的其他 Pod 被调度到同一节点上运行。与 Pod 亲和性相似，Pod 反亲和性也可以分为 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 和 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 两种类型。

Pod 亲和性的作用主要体现在以下几个方面：

性能优化： 可以将相关的 Pod 部署到同一节点上，从而提高数据访问的效率和性能。
故障隔离： 可以将同一应用程序的多个副本部署到不同的节点上，以实现故障隔离和高可用性。
资源利用： 可以根据节点的硬件配置和资源使用情况，将 Pod 部署到最合适的节点上，以实现资源的最优分配和利用。

2、节点亲和性与Pod间亲和性的区别

节点亲和性（Node Affinity）和 Pod间亲和性（Pod Affinity）是 Kubernetes 中两种不同的调度策略，它们分别用于指定 Pod 与节点之间的关系和 Pod 与其他 Pod 之间的关系。

1. 节点亲和性（Node Affinity）：

作用： 用于指定 Pod 应该被调度到哪些节点上运行。
类型： 包括 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 和 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 两种类型。
使用场景： 当需要控制 Pod 在集群中的调度位置时，可以使用节点亲和性。例如，根据节点的硬件配置、地理位置或其他属性，将 Pod 调度到满足指定条件的节点上运行。

2. Pod间亲和性（Pod Affinity）：

作用： 用于指定 Pod 与其他 Pod 之间的关系，即 Pod 应该与哪些其他 Pod 被调度到同一节点上运行。
类型： 包括 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 和 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 两种类型。
使用场景： 当需要将相关的 Pod 部署到同一节点上运行时，可以使用 Pod间亲和性。例如，将同一应用程序的多个副本部署到同一节点上，以实现故障隔离、性能优化或其他目的。

3、如何配置节点亲和性

要配置节点亲和性（Node Affinity），可以在 Pod 的定义中使用 affinity 字段，并在其中指定 nodeAffinity 字段。以下是一个示例 YAML 文件，展示了如何配置节点亲和性：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: my-pod
spec:
containers:
- name: my-container
image: my-image
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: <node-label-key>
operator: In
values:
- <node-label-value>

<node-label-key> 和 <node-label-value> 表示要匹配的节点标签的键和值。可以根据需要设置节点标签，例如节点的地理位置、硬件类型等。
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 表示 Pod 必须满足指定的节点亲和性条件才能被调度。如果没有满足条件的节点，则 Pod 将一直处于 Pending 状态，直到满足条件的节点可用为止。

通过配置节点亲和性，可以控制 Pod 被调度到哪些节点上运行，从而实现资源的最优分配和利用。请根据您的实际需求和集群环境进行配置。

4、如何配置Pod间亲和性

要配置 Pod 间亲和性（Pod Affinity），可以在 Pod 的定义中使用 affinity 字段，并在其中指定 podAffinity 字段。以下是一个示例 YAML 文件，展示了如何配置 Pod 间亲和性：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: my-pod
spec:
containers:
- name: my-container
image: my-image
affinity:
podAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: <pod-label-key>
operator: In
values:
- <pod-label-value>
topologyKey: <topology-key>

<pod-label-key> 和 <pod-label-value> 表示您要匹配的 Pod 标签的键和值。您可以根据需要设置 Pod 标签，例如应用程序类型、部门信息等。
<topology-key> 表示拓扑域的键，用于指定在哪个拓扑域内查找匹配的 Pod。拓扑域可以是节点、机架、区域等。
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 表示 Pod 必须满足指定的条件才能被调度或保持运行。如果没有满足条件的 Pod，则 Pod 将一直处于 Pending 状态或者被驱逐。

5、如何配置Pod间反亲和性

配置Pod间反亲和性与上面的Pod间亲和性YAML写法基本一致，不同的是将podAffinity更换成了podAntiAffinity

下面是一个示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: my-pod
spec:
containers:
- name: my-container
image: my-image
affinity:
podAntiAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: <pod-label-key>
operator: In
values:
- <pod-label-value>
topologyKey: <topology-key>

通过配置 Pod 间反亲和性，可以控制相关的 Pod 是否应该被调度到同一节点上运行，以实现故障隔离、性能优化或其他目的。

6、Pod亲和性的应用场景

高可用性：将同一应用程序的多个副本部署到不同的节点上，以提高应用程序的可用性。通过配置 Pod 间亲和性，可以将相关的 Pod 部署到同一节点上，从而实现故障隔离和容错能力。
性能优化：将需要频繁通信或共享资源的相关应用程序部署到同一节点上，以减少网络延迟和资源访问时间。通过配置 Pod 间亲和性，可以将相关的 Pod 部署到同一节点上，提高应用程序的性能和响应速度。
数据局部性：在分布式系统中，经常需要处理大量的数据和计算任务。通过配置 Pod 间亲和性，可以将相关的数据处理任务部署到同一节点上，以减少数据传输和计算开销，提高系统的数据局部性和处理效率。
资源隔离：在多租户环境中，不同的应用程序可能会共享同一集群资源。通过配置 Pod 间反亲和性，可以将不同应用程序的相关 Pod 部署到不同的节点上，以避免资源竞争和性能干扰，实现资源的有效隔离和管理。

假设有一个微服务架构的应用程序，其中包括多个服务，如用户服务、订单服务和支付服务等。这些服务之间需要频繁通信和共享数据。为了提高系统的性能和可用性，可以将相关服务的 Pod 配置为具有亲和性，使它们被调度到同一节点上运行。例如，将用户服务和订单服务的 Pod 配置为具有亲和性，以减少服务之间的网络延迟和通信开销，提高系统的响应速度和性能。