k8s 进阶实战笔记 | Scheduler 调度策略总结

Scheduler 调度策略总结

调度原理和过程

Scheduler

一直监听着 api-server，如果获取到Pod.Spec.NodeName为空，会对每一个pod创建一个binding，表示放在哪一个节点上运行

把 pod 按照预设的调度策略分配到集群的节点上

• 公平
• 资源高效利用
• 效率
• 灵活

调度过程

1. 预选（predicate）

过滤步满足条件的节点

• 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

2. 优选（priority）

对节点按照优先级排序

3. 选择出最优的节点
4. 如果预选的时候没有合适的节点，pod 会一直处于 pending状态，并且会不断重试调度，直到有调度结果

调度策略

nodeSelect

• 最简单的调度形式：节点选择约束，将 pod 调度在拥有你指定的标签的节点上

示例

一个简单的nginx编排文件如下

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: default
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

不进行特殊调度设置

kubectl apply -f nginx-demo.yaml

给节点设置一个独一无二的标签信息

# 查看节点标签信息
kubectl get node --show-labels
# 给节点新增标签信息（kubectl label nodes <NodeName> key=value）
kubectl label nodes k8s-node01 nginx=true
# 取消节点的标签信息
kubectl label nodes k8s-node01 nginx-

**加上调度策略nodeSelect **

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: default
  labels:
    app: nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      nodeSelector:
        app: nginx
      containers:
      - name: nginx
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

查看效果

亲和性和反亲和性

• 相比之下，亲和性和反亲和性的表达能力更强
• nodeSelector 只能选择所有固定标签的节点

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

调度器只有在规则被满足的时候才能执行调度

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

调度器会尝试寻找满足对应规则的节点，如果找不到，调度会在其他节点调度这个 pod

节点亲和性

NodeAffinity

• “软需求”：调度器在无法找到匹配节点时候仍然会调度 pod
• “硬需求”：如果没有节点满足需求，则不会被调度，一直处于 pending 状态

Pod亲和性

PodAffinity

• pod可以和哪些pod部署在同一个拓扑中

Pod互斥性

PodAntiAffinity

• pod不和哪些pod部署在同一个拓扑中

调度策略

调度策略	匹配标签	操作符	拓扑支持	调度目标
nodeAffinity	node节点	In, NotIn,Exists,DoesNotExist, Gt,Lt	否	指定主机
podAffinity	pod	In, NotIn,Exists,DoesNotExist	是	pod与指定pod一个拓扑域
PodAntiAffinity	pod	In, NotIn,Exists,DoesNotExist	是	pod与指定pod不在一个拓扑域

操作符

• 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

NodeAffinify亲和验证

标准yaml文件

###第一个
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

###第二个
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx2
  namespace: default
  labels:
    app: nginx2
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx2
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx2
    spec:
      containers:
      - name: nginx2
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

NodeAffinify验证

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
              - matchExpressions:
                  - key: kubernetes.io/hostname
                    operator: In
                    values:
                      - k8s-node03
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

调度结果

硬策略不符合要求的时候的调度结果

如果是软策略

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            - weight: 1
              preference:
                matchExpressions:
                  - key: kubernetes.io/hostname
                    operator: In
                    values:
                      - k8s-node04
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

PodAffinity 亲和验证

nginx2的运行情况

看下nginx1的硬策略

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            - labelSelector:
                matchExpressions:
                  - key: app
                    operator: In
                    values:
                      - nginx2
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

调度结果

PodAntiAffinity 反亲和验证

nginx2的运行情况

nginx1

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            - labelSelector:
                matchExpressions:
                  - key: app
                    operator: In
                    values:
                      - nginx2
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

调度结果

污点与容忍

• 污点：taints

• 容忍：tolerations

• 如果一个节点标记的有污点，如果对pod不进行标识为可以容忍，否则该节点不可调度pod

• 污点组成：key=value:effect

effect：污点的作用
- 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

• 基本操作

### 查看节点污点
kubectl describe nodes | grep -P "Name:|Taints"
### 设置污点
kubectl taint nodes <NodeName> key=value:effect
### 删除污点
kubectl taint nodes <NodeName> key=value:effect-

• 验证

### 设置一个污点,看是否符合预期，多开一个窗口观察
kubectl taint nodes k8s-node03  app=nginx:NoExecute

设置容忍度再看下调度结果

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      tolerations:
        - key: "app"
          operator: "Exists"
          effect: "NoExecute"
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

tolerations 属性的写法

• key、value、effect 与 Node 的 Taint 设置需保持一致
• operator=Exists，value可以省略
• operator=Equal，key与value之间就是等于的关系，不能省略
• 不指定operator，则默认就是Equal

跳过 Scheduler 调度策略

• 将 pod 直接调度到指定的Node节点上

###第一个
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx1
  namespace: default
  labels:
    app: nginx1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      nodeName: k8s-node01
      containers:
      - name: nginx1
        image: docker.m.daocloud.io/nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent

调度策略场景总结

调度策略	场景说明
nodeName	调度固定节点，用于验证特定节点数据、故障复现等
nodeSelect	调度到拥有特定标签的节点，特殊部门、特殊业务线、测试等
podAffinity	使pod处于同一个拓扑域，用于上下游应用存在大量数据交互的场景
podAntiAffinity	使pod不处于同一个拓扑域，多个计算型应用是不适合调度同一台节点
nodeAffinity	指定调度到指定的节点，核心应用必须调度到核心节点
nodeAntiAffinity	指定不调度到指定的节点，核心节点不能被普通应用使用
taints	污点节点不允许被调度pod，比如master节点，GPU高计算性能节点等
tolerations	配置了才可以调度到taints节点