k8s中pod的调度策略之pod的亲和性调度与反亲和性调度 一文搞懂 k8s中创建的pod如何调度？

news2025/2/28 6:50:02

接上文写的Node亲和性调度https://blog.csdn.net/soso678/article/details/144777397

Pod 间的亲和性和反亲和性（Affinity/AntiAffinity）调度

Pod 间亲和性与反亲和性使你可以基于已经在节点上运行的 Pod 的标签来约束 Pod 可以调度到的节点，而不是基于节点上的标签。

2.1.Pod 亲和性核心概念

Pod 亲和性用于定义 Pod 之间的调度规则，确保某些 Pod 靠近运行（亲和性）或远离运行（反亲和性）。典型场景包括：

  • 亲和性：将同一服务的多个 Pod 调度到同一区域（减少网络延迟）。
  • 反亲和性：避免同一服务的 Pod 集中在同一节点（提高容灾能力）。
2.1.1核心配置参数

  1. requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

    • 硬性要求：必须满足的条件，否则 Pod 无法调度。Pod必须与目标pod部署在同一个拓扑域，否则无法调度

  2. preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

    • 软性偏好：调度器会优先尝试将Pod与目标pod部署在同一个拓扑域，但不强制。

  3. topologyKey：定义Pod分布的颗粒度，节点机器的标签的key和value都相等的机器，就是同一个拓扑域。

    • 拓扑域：定义调度的作用范围（如 zone、rack、hostname）。常见取值范围：
    • kubernetes.io/hostname：同一物理节点。
    • failure-domain.beta.kubernetes.io/zone：同一云服务区域（AWS 的 AZ、GCP 的 Zone）。
    • failure-domain.beta.kubernetes.io/region：同一云服务地区（如 us-east）。
    • 自定义标签：如 rack（机架）、cluster（集群）。

  4. labelSelector

    • 标签选择器：匹配目标 Pod 的标签。
    • 示例：选择带有 app=myapp 标签的 Pod。

2.2.pod的亲和性

Pod亲和性场景，k8s集群的节点分布在不同的区域或者不同的机房，当服务A和服务B要求部署在同一个区域或者同一机房的时候，我们就需要亲和性调度了

[root@master nodeaffinity]# cd ..
[root@master Affinity]# mkdir podaffinity
[root@master Affinity]# cd podaffinity/
[root@master podaffinity]# cat pod-required-affinity.yaml
apiVersion: v1  #先创建一个pod，随机调度
kind: Pod
metadata:
  name: pod-1
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: redis
    image: redis
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
     - containerPort: 6379
---
apiVersion: v1 #在创建一个pod，使用pod的亲和性调度
kind: Pod
metadata:
  name: pod-2
  labels:
    app: db
    tier: db
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:5.7
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
     - containerPort: 3306
    env:
     - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
       value: Mysql@123!
  affinity:
    podAffinity: #pod的亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬亲和
      - labelSelector: #pod的标签选择器
          matchExpressions: #匹配pod标签的表达式
          - key: app #带有app这个key
            operator: "In" #包含
            values: 
             - "myapp" #key的值
        topologyKey: kubernetes.io/hostname #拓扑域，同一个节点

[root@master podaffinity]# kubectl apply -f pod-required-affinity.yaml 
pod/pod-1 created
pod/pod-2 created

#通过查看发现两个pod运行在同一个节点
[root@master podaffinity]# kubectl get pod -o wide 
NAME                 READY   STATUS    RESTARTS      AGE    IP             NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-1                1/1     Running   0             19m    10.244.1.107   node-2   <none>           <none>
pod-2                1/1     Running   0             2s     10.244.1.109   node-2   <none>           <none>

这个例子为将新创建的pod调度到与运行带有app=myapp这个标签的pod同一个节点。

3.pod的反亲和性

3.1Pod 反亲和性核心概念

Pod 反亲和性用于确保某些 Pod 不会共存于同一拓扑域（如同一节点、同一区域）。典型场景包括：

  • 避免单点故障：同一服务的多个 Pod 分散到不同节点或区域。
  • 资源均衡：防止资源密集型 Pod 集中在同一节点。
  • 安全隔离：敏感服务 Pod 避免与其他服务共存。
3.2核心配置参数
  1. requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
    • 硬性要求：Pod 必须不调度到存在目标 Pod 的拓扑域，否则无法运行。
  2. preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
    • 软性偏好：尽量避免调度到存在目标 Pod 的拓扑域，但不强制。
  3. topologyKey
    • 拓扑域：定义反亲和性作用范围（如 kubernetes.io/hostname 表示同一节点）。
  4. labelSelector
    • 标签选择器：匹配需要避开的 Pod 标签。
3.3案例
3.3.1.Pod反亲和性场景，当应用服务A和数据库服务B要求尽量不要在同一台节点上的时候。
[root@master podaffinity]# kubectl delete -f pod-required-affinity.yaml 
pod "pod-1" deleted
pod "pod-2" deleted

[root@master podaffinity]# cat pod-required-affinity.yaml 
apiVersion: v1  #先创建一个pod，随机调度
kind: Pod
metadata:
  name: pod-1
  labels:
    app: myapp
    tier: frontend
spec:
  containers:
  - name: redis
    image: redis
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
     - containerPort: 6379
---
apiVersion: v1 #在创建一个pod使用反亲和性调度
kind: Pod
metadata:
  name: pod-2
  labels:
    app: db
    tier: db
spec:
  containers:
  - name: mysql
    image: mysql:5.7
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    ports:
     - containerPort: 3306
    env:
     - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
       value: Mysql@123!
  affinity:
    podAntiAffinity: #pod的反亲和性调度
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬反亲和要求
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: "In"
            values: 
             - "myapp"
        topologyKey: kubernetes.io/hostname #拓扑域，节点级别
[root@master podaffinity]# kubectl apply -f pod-required-affinity.yaml 
pod/pod-1 created
pod/pod-2 created
[root@master podaffinity]# kubectl get pod -o wide
NAME                 READY   STATUS    RESTARTS      AGE     IP             NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-1                1/1     Running   0             9m21s   10.244.1.110   node-2   <none>           <none>
pod-2                1/1     Running   0             9m21s   10.244.2.63    node-1   <none>           <none>
#发现两个pod的分开在不同的node节点上的

这个例子表示创建的pod-2不能调度到运行带有app=myapp这个标签的pod同一个节点上。

3.3.2.硬性反亲和性（同一节点不运行相同服务的 Pod）
[root@master podaffinity]# cat pod-antaffinity-test.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-server
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app          # 匹配标签键
                operator: In      # 操作符
                values: [web]     # 标签值
            topologyKey: kubernetes.io/hostname  # 拓扑域为节点级别
      containers:
      - name: web
        image: nginx
        
[root@master podaffinity]# kubectl apply -f pod-antaffinity-test.yml 
deployment.apps/web-server created
[root@master podaffinity]# kubectl get pod -o wide -l app=web
NAME                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP             NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
web-server-7cbc8598bc-jkvnv   1/1     Running   0          2m58s   10.244.1.112   node-2   <none>           <none>
web-server-7cbc8598bc-jm2mq   1/1     Running   0          2m58s   10.244.2.69    node-1   <none>           <none>

调度逻辑：

  • 每个 app=web 的 Pod 必须运行在不同节点（topologyKey: kubernetes.io/hostname）。
  • 如果集群节点数少于副本数（如 2 个节点部署 3 个 Pod），多余的 Pod 将处于 Pending 状态。
场景 1：高可用数据库集群
  • 目标：确保每个数据库实例（如 MySQL）运行在不同节点。
  • 配置：硬性反亲和性 + topologyKey: kubernetes.io/hostname
场景 2：敏感服务隔离
  • 目标：避免监控服务与核心业务服务共存于同一节点。
  • 配置：硬性反亲和性匹配监控 Pod 标签 + topologyKey: kubernetes.io/hostname
3.3.3.软性反亲和性（优先分散到不同区域）
场景 ：多区域负载均衡
  • 目标：优先将服务的 Pod 分散到不同区域。
  • 配置：软性反亲和性 + topologyKey: failure-domain.beta.kubernetes.io/zone。
[root@master ~]# kubectl label node node-1 zone=shanghai
node/node-1 labeled
[root@master ~]# kubectl label node node-2 zone=beijing
node/node-2 labeled
[root@master podaffinity]# cat  pod-antaffinity-pre.yml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-server-1
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: web-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-app
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
         preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - podAffinityTerm: #pod反亲和匹配条件
             labelSelector:  #pod的标签选择器
               matchLabels: #匹配pod的标签
                 app: web-app
             topologyKey: zone #拓扑域，区域级别
            weight: 2
      containers:
      - name: web
        image: nginx
          
[root@master podaffinity]# kubectl get pod -o wide 
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
web-server-1-79776bf47-gnhxq   1/1     Running   0          24s   10.244.2.83    node-1   <none>           <none>
web-server-1-79776bf47-n62jp   1/1     Running   0          24s   10.244.1.129   node-2   <none>           <none>

调度逻辑：

  • 优先将 app=web-app 的 Pod 分散到不同区域（如 zone=beijing 和 zone=shanghai）。
  • 若无法满足（如只有单区域），仍会调度，但可能集中。

常见问题与解决

问题 1：Pod 处于 Pending 状态
  • 原因：硬性反亲和性规则无法满足（如节点不足）。
  • 解决：
    • 增加集群节点数量。
    • 放宽反亲和性规则（如改用软性偏好）。
问题 2：软性反亲和性未生效
  • 原因：权重过低或其他偏好条件优先级更高。
  • 解决：调整 weight 值或减少冲突的偏好规则。

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