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了解耦。

用户是通过 kubectl 根据配置文件，向 APIServer 发送命令，在 Node 节点上面建立 Pod 和 Container。

APIServer 经过 API 调用，权限控制，调用资源和存储资源的过程，实际上还没有真正开始部署应用。这里需要 Controller Manager、Scheduler 和 kubelet 的协助才能完成整个部署过程。

在 Kubernetes 中，所有部署的信息都会写到 etcd 中保存。实际上 etcd 在存储部署信息的时候，会发送 Create 事件给 APIServer，而 APIServer 会通过监听（Watch）etcd 发过来的事件。其他组件也会监听（Watch）APIServer 发出来的事件。

K8S是通过 List-Watch 机制实现每个组件的协作
controller-manager、scheduler、kubelet 通过 List-Watch 机制监听 apiserver 发出的事件，apiserver 通过 List-Watch 机制监听 etcd 发出的事件

Pod 是 Kubernetes 的基础单元，Pod 启动典型创建过程如下
（1）这里有三个 List-Watch，分别是 Controller Manager（运行在 Master），Scheduler（运行在 Master），kubelet（运行在 Node）。他们在进程已启动就会监听（Watch）APIServer 发出来的事件。

（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）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。

（6）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（PS：扩容缩容的担当）。

（7）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。例如 Pod 的副本数，Container 的内容是什么。

（8）同样的 etcd 会将创建 Pod 的信息通过事件发送给 APIServer。

（9）由于 Scheduler 在监听（Watch）APIServer，并且它在系统中起到了“承上启下”的作用，“承上”是指它负责接收创建的 Pod 事件，为其安排 Node；“启下”是指安置工作完成后，Node 上的 kubelet 进程会接管后继工作，负责 Pod 生命周期中的“下半生”。换句话说，Scheduler 的作用是将待调度的 Pod 按照调度算法和策略绑定到集群中 Node 上。

（10）Scheduler 调度完毕以后会更新 Pod 的信息，此时的信息更加丰富了。除了知道 Pod 的副本数量，副本内容。还知道部署到哪个 Node 上面了。并将上面的 Pod 信息更新至 API Server，由 APIServer 更新至 etcd 中，保存起来。

（11）etcd 将更新成功的事件发送给 APIServer，APIServer 也开始反映此 Pod 对象的调度结果。

（12）kubelet 是在 Node 上面运行的进程，它也通过 List-Watch 的方式监听（Watch，通过https的6443端口）APIServer 发送的 Pod 更新的事件。kubelet 会尝试在当前节点上调用 Docker 启动容器，并将 Pod 以及容器的结果状态回送至 APIServer。

（13）APIServer 将 Pod 状态信息存入 etcd 中。在 etcd 确认写入操作成功完成后，APIServer将确认信息发送至相关的 kubelet，事件将通过它被接受。

#注意：在创建 Pod 的工作就已经完成了后，为什么 kubelet 还要一直监听呢？原因很简单，假设这个时候 kubectl 发命令，要扩充 Pod 副本数量，那么上面的流程又会触发一遍，kubelet 会根据最新的 Pod 的部署情况调整 Node 的资源。又或者 Pod 副本数量没有发生变化，但是其中的镜像文件升级了，kubelet 也会自动获取最新的镜像文件并且加载。

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。其主要考虑的问题如下：
●公平：如何保证每个节点都能被分配资源
●资源高效利用：集群所有资源最大化被使用
●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
●灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑

Sheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直监听 APIServer，获取 spec.nodeName 为空的 pod，对每个 pod 都会创建一个 binding，表明该 pod 应该放到哪个节点上。

调度分为几个部分：首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为预算策略（predicate）；然后对通过的节点按照优先级排序，这个是优选策略（priorities）；最后从中选择优先级最高的节点。如果中间任何一步骤有错误，就直接返回错误。

Predicate 有一系列的常见的算法可以使用：（预选）
●PodFitsResources：节点上剩余的资源是否大于 pod 请求的资源。
●PodFitsHost：如果 pod 指定了 NodeName，检查节点名称是否和 NodeName 匹配。
●PodFitsHostPorts：节点上已经使用的 port 是否和 pod 申请的 port 冲突。
●PodSelectorMatches：过滤掉和 pod 指定的 label 不匹配的节点。
●NoDiskConflict：已经 mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不冲突，除非它们都是只读。

如果在 predicate 过程中没有合适的节点，pod 会一直在 pending 状态，不断重试调度，直到有节点满足条件。经过这个步骤，如果有多个节点满足条件，就继续 priorities 过程：按照优先级大小对节点排序。

优先级由一系列键值对组成，键是该优先级项的名称，值是它的权重（该项的重要性）。有一系列的常见的优先级选项包括：（优选）
●LeastRequestedPriority：通过计算CPU和Memory的使用率来决定权重，使用率越低权重越高。也就是说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点。
●BalancedResourceAllocation：节点上 CPU 和 Memory 使用率越接近，权重越高。这个一般和上面的一起使用，不单独使用。比如 node01 的 CPU 和 Memory 使用率 20:60，node02 的 CPU 和 Memory 使用率 50:50，虽然 node01 的总使用率比 node02 低，但 node02 的 CPU 和 Memory 使用率更接近，从而调度时会优选 node02。
●ImageLocalityPriority：倾向于已经有要使用镜像的节点，镜像总大小值越大，权重越高。

通过算法对所有的优先级项目和权重进行计算，得出最终的结果。

scheduler 的调度策略

预选策略/预算策略

通过调度算法过滤掉不满足条件的Node节点，如果没有满足条件的Node节点，Pod会处于Pending状态，直到有符合条件的Node节点出现
PodFitsResources、PodFitsHost、PodFitsHostPorts、PodSelectorMatches、NoDiskConflict

优选策略

根据优先级选项为满足预选策略条件的Node节点进行优先级权重排序，最终选择优先级最高的Node节点来调度Pod
LeastRequestedPriority、BalancedResourceAllocation、ImageLocalityPriority

指定调度节点

Pod 调度到指定的 Node节点

使用 nodeName 字段指定 Node节点名称
使用 nodeSelector 指定 Node节点的标签
使用节点/Pod 亲和性
使用污点+容忍

●pod.spec.nodeName （节点名）将 Pod 直接调度到指定的 Node 节点上，会跳过 Scheduler 的调度策略，该匹配规则是强制匹配

vim myapp.yaml

apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment  
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      nodeName: node01 #这里指定节点名
      containers:
      - name: myapp
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl apply -f myapp.yaml

kubectl get pods -o wide

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-6bc58d7775-6wlpp   1/1     Running   0          14s   10.244.1.25   node01   <none>           <none>
myapp-6bc58d7775-szcvp   1/1     Running   0          14s   10.244.1.26   node01   <none>           <none>
myapp-6bc58d7775-vnxlp   1/1     Running   0          14s   10.244.1.24   node01   <none>           <none>

//查看详细事件（发现未经过 scheduler 调度分配）

kubectl describe pod myapp-6bc58d7775-6wlpp

......
 Type    Reason   Age   From             Message
  ----    ------   ----  ----             -------
  Normal  Pulled   95s   kubelet, node01  Container image "nginx" already present on machine
  Normal  Created  99s   kubelet, node01  Created container nginx
  Normal  Started  99s   kubelet, node01  Started container nginx

●pod.spec.nodeSelector：通过 kubernetes 的 label-selector 机制选择节点（根据标签），由调度器调度策略匹配 label，然后调度 Pod 到目标节点，该匹配规则属于强制约束

//获取标签帮助

kubectl label --help

Usage:
  kubectl label [--overwrite] (-f FILENAME | TYPE NAME) KEY_1=VAL_1 ... KEY_N=VAL_N [--resource-version=version] [options]

//需要获取 node 上的 NAME 名称

kubectl get node

NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   30h   v1.20.11
node01   Ready    <none>   30h   v1.20.11
node02   Ready    <none>   30h   v1.20.11

//给对应的 node 设置标签分别为 mylabel=a 和 mylabel=b

kubectl label nodes node01 mylabel=a

kubectl label nodes node02 mylabel=b

//查看标签

kubectl get nodes --show-labels

NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
master   Ready    master   30h   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>   30h   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,mylabel=a,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node01,kubernetes.io/os=linux
node02   Ready    <none>   30h   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,mylabel=b,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node02,kubernetes.io/os=linux

//修改成 nodeSelector 调度方式

vim myapp1.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment  
metadata:
  name: myapp1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp1
    spec:
      nodeSelector: #这里指定节点标签
        mylabel: a
      containers:
      - name: myapp1
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl apply -f myapp1.yaml

查看pods，都根据指定的节点拥有的标签分配到了node1上

kubectl get pods -o wide

NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp1-58cff4d75-52xm5   1/1     Running   0          24s   10.244.1.29   node01   <none>           <none>
myapp1-58cff4d75-f747q   1/1     Running   0          24s   10.244.1.27   node01   <none>           <none>
myapp1-58cff4d75-kn8gk   1/1     Running   0          24s   10.244.1.28   node01   <none>           <none>

//查看详细事件（通过事件可以发现要先经过 scheduler 调度分配）

kubectl describe pod myapp1-58cff4d75-52xm5

Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  57s   default-scheduler  Successfully assigned default/myapp1-58cff4d75-52xm5 to node01
  Normal  Pulled     57s   kubelet, node01    Container image "nginx" already present on machine
  Normal  Created    56s   kubelet, node01    Created container myapp1
  Normal  Started    56s   kubelet, node01    Started container myapp1

//修改一个 label 的值，需要加上 --overwrite 参数

kubectl label nodes node02 mylabel=a --overwrite

//删除一个 label，只需在命令行最后指定 label 的 key 名并与一个减号相连即可：

kubectl label nodes node02 mylabel-

//指定标签查询 node 节点

kubectl get node -l mylabel=a

标签的管理操作

添加标签

kubectl label <资源类型> <资源名称> 标签key=标签value

更改标签
kubectl label <资源类型> <资源名称> 标签key=标签value --overwrite

去除标签
kubectl label <资源类型> <资源名称> 标签key-

查看pod具有的标签

kubectl get <资源类型> <资源名称> --show-labels

查看具有特定标签的pod
kubectl get <资源类型> -l 标签key[=标签value]

亲和性

一个新创建的pod，想要被调度到指定的节点，或是与另一个pod存在于相同的拓扑域中，即为亲和性

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

节点亲和性的策略
pod.spec.nodeAffinity

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

Pod 亲和性
pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

硬策略（required....）

要强制性的满足指定条件，如果没有满足条件的Node节点，Pod会处于Pending状态，直到有符合条件的Node节点出现

软策略（preferred....）

非强制性的，会优先选择满足条件的Node节点调度，即使没有满足条件的Node节点，Pod依然会完成调度

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zhangsan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zhangsan老师带的班级，这就是硬策略；而你说你想去并且最好能去zhangsan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。

亲和性

节点亲和性（nodeAffinity）

匹配指定的Node节点标签，将要部署的Pod调度到满足条件的Node节点上

Pod亲和性（podAffinity）

匹配指定的Pod标签，将要部署的Pod调度到与指定Pod所在的Node节点处于同一个拓扑域的Node节点上

Pod反亲和性（podAntiAffinity）

匹配指定的Pod标签，将要部署的Pod调度到与指定Pod所在的Node节点处于不同的拓扑域的Node节点上

如何判断是否在同一个拓扑域？

看拓扑域key（topologyKey），如果有其它Node节点拥有与指定Pod所在的Node节点相同的拓扑域key的标签key和value，那么它们就在同一个拓扑域（下文会演示实例）

键值运算关系
●In：label 的值在某个列表中
●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

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

节点亲和性

//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: nginx
  affinity:         #亲和性
    nodeAffinity:   #节点亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #硬策略
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          #- key: kubernetes.io/hostname    #指定node的标签（这里是key）
          - key: mylabel        #指定mylabel:a（node1拥有的标签）
            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: #这里是key里的值 
            - a
            #- node02

设置了节点亲和硬策略。指定了node1 上自定义的标签 mylabel：a 代表要去node1.

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。

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

vim pod2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: nginx
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1   #如果有多个软策略选项的话，权重越大，优先级越高
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - node03

这里软策略指定分配到node03，但是没有这个节点！于是被分配到node1或是2上。

kubectl apply -f pod2.yaml

kubectl get pods -o wide

NAME       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
affinity   1/1     Running   0          5s    10.244.2.35   node02   <none>           <none>

//把values:的值改成node01，则会优先在node01上创建Pod

kubectl delete pod --all && kubectl apply -f pod2.yaml && kubectl get pods -o wide

//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
//示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: nginx
  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mylabel=a标签的节点（node1）
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: mylabel
            operator: In
            values:
            - a

由于优先满足硬策略，排除node2。然后满足软策略，选择自定义标签mylabel=a的节点。于是选择了node1。

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

将两个节点自定义标签mylabel都设置为a（若拓扑域选择mylabel则两节点同一拓扑域）

将两个节点自定义标签difftop一个a一个b（若拓扑域选择difftop则两节点处于不同拓扑域）
kubectl label nodes node1 mylabel=a
kubectl label nodes node2 mylabel=a

kubectl label nodes node1 difftop=a
kubectl label nodes node2 difftop=b
//创建一个标签为 app=myapp01 的 Pod（作为pod2的亲和项）
vim pod3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: nginx
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

kind: Deployment
metadata:
  name: myapp02
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp02
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp02
    spec:
      containers:
      - name: myapp02
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
      affinity:
        podAffinity: #节点亲和
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬需求
          - labelSelector: #标签选择器，指定需要亲和的pod标签
              matchExpressions:
              - key: app #指定需要亲和的pod标签的key
                operator: In
                values:
                - myapp01 #指定需要亲和的pod标签key的值
            topologyKey: mylabel #指定拓扑域mylabel （两个节点相同）

这里指定了mylabel标签作为拓扑域，由于node1,node2都设置了mylabel=a，值相同都为a，所以处于同一拓扑域，会在node1，或是node2，生成pod。

拓扑域用于划定pod生成的节点范围。

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 mylabel 对应的值不一样就是不同的拓扑域。比如 Pod1 在 mylabel =a 的 Node 上，Pod2 在 mylabel =b 的 Node 上，Pod3 在 mylabel =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

由于这里设置两个node拥有的标签 mylabel = a 值一致，所以这两个node在同一个拓扑域。

老的pod生成在的node2具有标签mylabel=a
由于配置了新pod亲和拓扑域为mylabel
于是新的pod 选择同样值为a的mylabel 的节点（node1或是node2，都有同样的值，都在同一个拓扑域），在这个两个节点上平均创建新pod

kubectl get pods --show-labels -o wide

NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01                    1/1     Running   0          10m     10.244.2.35   node2   <none>           <none>            app=myapp01
myapp02-76975f4869-cdtcn   1/1     Running   0          4m16s   10.244.2.36   node2   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=76975f4869
myapp02-76975f4869-qdpjj   1/1     Running   0          4m16s   10.244.2.37   node2   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=76975f4869
myapp02-76975f4869-xs7fj   1/1     Running   0          4m16s   10.244.1.36   node1   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=76975f4869
myapp02-95d4fc876-jbb2h    1/1     Running   0          74s     10.244.1.38   node1   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=95d4fc876
myapp02-95d4fc876-l75bx    1/1     Running   0          74s     10.244.2.38   node2   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=95d4fc876
myapp02-95d4fc876-sqfl5    1/1     Running   0          74s     10.244.1.37   node1   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=95d4fc876

更改拓扑域为difftop （两个节点不同）

vim pod4.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp02
  labels:
    app: myapp02
spec:
  containers:
  - name: myapp02
    image: nginx
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: difftop #✨指定拓扑域difftop （两个节点不同）

#kubectl delete -f pod4.yaml #删除刚刚的

kubectl apply -f pod4.yaml #创建更改过的

由于这里设置两个node拥有的标签 difftop = a （node1）difftop = b（node2）值不一致，所以这两个node不在同一个拓扑域。

老的pod生成在的node1具有标签difftop = a
由于配置了新pod亲和拓扑域为difftop
于是新的pod 选择同样值为a的difftop 的节点（只有node1是difftop=a，不与node2在同一个拓扑域），在node1上创建新pod

kubectl get pods --show-labels -o wide

NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01                   1/1     Running   0          2m2s   10.244.1.42   node1   <none>           <none>            app=myapp01
myapp02-c559f76f5-5hhlk   1/1     Running   0          43s    10.244.1.45   node1   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=c559f76f5
myapp02-c559f76f5-79lf4   1/1     Running   0          43s    10.244.1.43   node1   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=c559f76f5
myapp02-c559f76f5-fttk7   1/1     Running   0          43s    10.244.1.44   node1   <none>           <none>            app=myapp02,pod-template-hash=c559f76f5

//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: nginx
  affinity:
    podAntiAffinity:  #反亲和
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #软限制
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
#          namespaces:  #若指定pod的命名空间
#          - default
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - myapp01
          #topologyKey: kubernetes.io/hostname #根据主机名
          topologyKey: difftop  #根据自定义标签difftop中两个node值分别为a,b 两个节点在不同的拓扑域

指定旧的pod（app myapp01，目前位于node1，difftop=a），

由于设置了反亲和，

新的pod会生成在与旧pod不同的拓扑域上（node2，difftop=b）。

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
myapp10   1/1     Running   0          75s   10.244.2.4   node02   <none>           <none>            app=myapp03

示例2：若硬限制反亲和（必须，不像软限制一样尽量），并且没有除了指定拓扑域以外的任何其他拓扑域的节点，会直接pending等待资源

vim pod6.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp20
  labels:
    app: myapp20
spec:
  containers:
  - name: myapp20
    image: nginx
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: mylabel

指定旧的pod（myapp01，位于node1，mylabel=a）

由于设置了反亲和，需要找到拓扑域mylabel值不为a的节点创建pod（但是node1，node2两个节点的mylabel都是a，处于同一个拓扑域。此时没有其他的拓扑域）

并且设置了硬限制，此时没有资源于是直接进入pending等待资源。（如果是软限制则满足不了就将就一下，尽量选一个能满足的，硬限制就只能满足）

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

此时将node2的mylabel改为b（与node1的mylabel=a区分开，使得成为两个不同的拓扑域）

kubectl label nodes node02 mylabel=b --overwrite

这样反亲和就能在不是处于myapp01的拓扑域（mylabel=a【node1节点】）的其他拓扑域（mylabel=b【node2节点】）上生成pod

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

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

such like:
mycheck=xue:NoSchedule
tadcx=sino:PreferNoSchedule
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

master 就是因为有 NoSchedule 污点，k8s 才不会将 Pod 调度到 master 节点上

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

kubectl describe node master
......
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule

#设置污点

kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule
                        #键值随意取名，效果注意即可。
node01将不会被调度在其上面生成pod

完整命令
kubectl taint node <node名称>  key=value:effect
                                         NoSchedule(一定不会被调度)
                                         PreferNoSchedule(尽量不被调度) 
                                         NoExecute(不会被调度，并驱逐节点上的Pod)

#节点说明中，查找 Taints 字段

kubectl describe node [node-name]
kubectl describe nodes  <node名称>  | grep Taints

#去除污点末尾添上 -

kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-
kubectl taint node <node名称>  key[=value:effect]-

NoExecute选项还会额外驱逐已经存在的pod

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
                        #键值随意取名，效果注意即可。

//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。

如果是直接创建的pod没有创建deploy等控制器，则寄了就是寄了。

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

设置node1的污点 NoExecute

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute
                        #键值随意取名，效果注意即可。

pod配置文件，此时还设置容忍

vim pod3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: nginx

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>

更改pod配置文件，添加容忍

vim pod3.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  tolerations: #容忍
  - key: "check" #与污点的键值相对应 exist操作符时可以不写
    operator: "Equal" #Equal（等于，精确打击）或 Exists（存在，范围打击） 
    value: "mycheck" #与污点的键值相对应  可以不写
    effect: "NoExecute"  #NoSchedule|PreferNoSchedule|NoExecute 与上面指定污点的效果相对应 exist操作符时可以不写
    tolerationSeconds: 3600 #容忍期限 超过时间就不忍了 可以不写

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"
容忍所有污点，无论key与类型
（2）当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用
  tolerations:
  - key: "mykey"
    operator: "Exists"
容忍所有包含mykey这个键的污点，无论类型
（3）有多个 Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置（设置尽量不调度模式，在master上也能调度pod。不太建议，master本来就很忙）
kubectl taint node [Master-Name] node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule
（4）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-
kubectl taint node master node-role.kubernetes.io/master=:NoSchedule

cordon 和 drain 用于节点维护时不可调度与驱逐pod

这两条命令专门用于做节点维护（就是上面第四个升级的进阶版。相比上面的手动设置污点驱逐，不用担心pod已经设置了容忍）

cordon （设置不可调度）

##对节点执行维护操作：
kubectl get nodes
cordon 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名称>
#该node将会变为SchedulingDisabled状态
恢复
kubectl uncordon  <node名称>

drain（设置不可调度与驱逐 drain = cordon + NoSchedule）

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名称>  --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data --force

--ignore-daemonsets：无视 DaemonSet 管理下的 Pod。
DaemonSet是所有pod上都会创建的pod，多数情况为守护进程，类似网络插件flannel。忽略，以免驱逐了守护进程导致故障
--delete-emptydir-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。
注：执行 drain 命令，会自动做了两件事情:

设定此 node 为不可调度状态（cordon)
evict（驱逐）了 Pod

恢复

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）【重中之重】

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

通过 scheduler 根据调度算法选择一台在最适合的 Node节点运行 Pod
拉取镜像
挂载存储卷等
创建并运行容器
根据容器的探针探测结果设置 Pod 状态

phase 的可能状态有【pod生命周期五大状态】【重中之重】

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到node节点
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，或者挂载存储卷失败。
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。（Completed）
Failed：Pod中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器异常退出。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。（Error）
Unknown：Master节点的 controller-manager无法读取 Pod 状态，通常是Pod 所在的 Node 出了问题或失联，从而导致 Pod 的状态为 Unknow

Pod遵循预定义的生命周期，起始于Pending阶段，如果至少其中有一个主要容器正常启动，则进入Running阶段，之后取决于Pod中是否有容器以失败状态结束而进入Succeeded或者Failed阶段。

如何删除 Unknown 状态的 Pod ?

从集群中删除有问题的 Node（pod管不了就直接干node）。使用公有云时，kube-controller-manager 会在 VM 删除后自动删除对应的 Node。而在物理机部署的集群中，需要管理员手动删除 Node（kubectl delete node <node_name>）。
被动等待 Node 恢复正常，Kubelet 会重新跟 kube-apiserver 通信确认这些 Pod 的期待状态，进而再决定删除或者继续运行这些 Pod。
主动删除 Pod，通过执行 kubectl delete pod <pod_name> --grace-period=0 --force 强制删除 Pod（不建议这种kill -9方式！容易丢失数据或崩溃）。但是这里需要注意的是，除非明确知道 Pod 的确处于停止状态（比如 Node 所在 VM 或物理机已经关机），否则不建议使用该方法。特别是 StatefulSet 管理的 Pod，强制删除容易导致脑裂或者数据丢失等问题。

K8S 中的排障手段

//查看Pod事件

kubectl get pods
查看Pod运行状态

kubectl describe <资源类型|pods> <资源名称>
查看资源的详细信息和事件

//查看Pod日志（Failed状态下）

kubectl logs <pod名称> [-c <容器名>] [-p]
查看容器的进程日志 -c指定容器 -p查看容器重启前日志

//进入Pod（状态为running，但是服务没有提供）

方法1
kubectl exec -it <pod名称> [-c <容器名>] sh|bash
进入Pod容器，查看容器内部相关状态信息

方法2
kubectl debug -it <pod名称> --image=<临时容器的镜像名>  --target=<目标容器>
在Pod中创建临时容器进入目标容器进行调试（因为一般镜像为了极简都会去掉常用命令）

方法3
在Pod容器的宿主机使用nsenter转换网络等命名空间，直接在宿主机进入目标容器的命名空间进行调试

//查看集群信息

kubectl get nodes
查看Node节点的运行状态

kubectl get cs
查看Master组件的状态

//发现集群状态正常

kubectl cluster-info
查看集群信息

//查看kubelet日志发现

journalctl -xefu kubelet

journalctl -u kubelet -f
跟踪查看Kubelet进程日志

Kubernetes pod调度约束[亲和性 污点] 生命阶段 排障手段

调度约束

调度过程

scheduler 的调度策略

指定调度节点

Pod 调度到指定的 Node节点

●pod.spec.nodeName （节点名）将 Pod 直接调度到指定的 Node 节点上，会跳过 Scheduler 的调度策略，该匹配规则是强制匹配

●pod.spec.nodeSelector：通过 kubernetes 的 label-selector 机制选择节点（根据标签），由调度器调度策略匹配 label，然后调度 Pod 到目标节点，该匹配规则属于强制约束

标签的管理操作

亲和性

亲和性

如何判断是否在同一个拓扑域？

节点亲和性

//requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

Pod亲和性与反亲和性

污点(Taint) 和 容忍(Tolerations)

污点(Taint)

#设置污点

#节点说明中，查找 Taints 字段

#去除污点 末尾添上 -

容忍(Tolerations)

cordon 和 drain 用于节点维护时 不可调度与驱逐pod

Pod启动阶段（相位 phase）【重中之重】

phase 的可能状态有 【pod生命周期五大状态】【重中之重】

K8S 中的排障手段

相关文章

Kubernetes pod调度约束[亲和性污点] 生命阶段排障手段

污点(Taint) 和容忍(Tolerations)

#去除污点末尾添上 -

cordon 和 drain 用于节点维护时不可调度与驱逐pod

phase 的可能状态有【pod生命周期五大状态】【重中之重】