Scheduler 调度器

概念

Scheduler 是 kubenetes 的调度器，主要的任务是把定义的 pod 分配到集群的节点上。

Service

Sheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直监听 APIServer，获取 PodSpec.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

概念听起来是非常简单的，但有很多要考虑的问题

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

自定义调度器

除了 kubernetes 自带的调度器，你也可以编写白己的调度器。通过 spec:schedulername 参数指定调度器的名字，可以为 pod 选择某个调度器进行调度。比如下面的 pod 选择 my-scheduler 进行调度，而不是默认的 default-scheduler。

my-scheduler

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: myapp
  name: myapp
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      schedulerName: my-scheduler
      containers:
      - image: wangyanglinux/myapp:v1.0
        name: myapp

过程

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 预选；然后对通过的节点按照优先级排序，这个是 优选，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。

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

优选

如果在预选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，就继续优选过程：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）。

这些优先级选项包括：

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。换句话说，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。这个应该和上面的一起使用，不应该单独使用
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

Service

亲和性

pod.spec.nodeAffinity

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软性策略
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬性策略

节点亲和性 - 软策略

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: node-affinity-preferred
  labels:
    app: node-affinity-preferred
spec:
  containers:
  - name: node-affinity-preferred-pod
    image: wangyanglinux/myapp:v1.0
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: domain
            operator: In
            values:
            - xinxianghf

节点亲和性 - 硬策略

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: node-affinity-required
  labels:
    app: node-affinity-required
spec:
  containers:
  - name: node-affinity-required-pod
    image: wangyanglinux/myapp:v1.0
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - k8s-node04

pod.spec.podAffinity/podAntiAffinity

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软性策略
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬性策略

Pod 亲和性 - 软策略

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-aff-prefer
  labels:
    app: pod-aff
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: wangyanglinux/myapp:v1.0
  affinity:
    podAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - pod-1
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

Pod 亲和性 - 硬策略

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-aff-req
  labels:
    app: pod-aff-req
spec:
  containers:
  - name: pod-aff-req-c
    image: wangyanglinux/myapp:v1.0
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - pod-1
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

Pod 反亲和性 - 软策略

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-antiaff-prefer
  labels:
    app: pod-aff
spec:
  containers:
  - name: myapp
    image: wangyanglinux/myapp:v1.0
  affinity:
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - pod-2
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

Pod 反亲和性 - 硬策略

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

apiversion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-aff-req
  labels:
    app: pod-aff-req
spec:
  Containers:
  - name: pod-aff-req-c
    image: wangyanglinux/myapp:v1.0
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - pod-1
        topologykey: kubernetes.io/hostname

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, DoesNotExists, Gt, Lt	否	指定主机
podAffinity	POD	In, NotIn, Exists, DoesNotExists	是	POD与指定POD同一拓扑域
podAntiAffinity	POD	In, NotIn, Exists, DoesNotExists	是	POD与指定POD不在同一拓扑域

污点和容忍

污点

概念

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（但不要求）被调度到具有匹配 taint 的节点上。

组成

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 tainteffect 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

容忍

概念

设置了污点的 Node 将根据 taint 的 effect: NoSchedule、PreferNoSchedule、NoExecute 和 Pod 之间产生互的关系，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（Toleration），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。

设置方式

tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
  
tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
  tolerationSeconds: 3600

特殊类型

当不指定value时，表示容忍所有的污点 value:

tolerations:
- key: "key2"
  operator: "Equal"
  effect: "NoSchedule"

当不指定key时，表示容忍所有的污点 key:

tolerations:
  operator: "Exists"

当不指定effect时，表示容忍所有的污点作用:

tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"

有多个Master时，防止资源浪费，可以进行如下设置:

$ kubectl taint node nodeName node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

固定节点调度

pod.spec.nodeName：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.nodeName

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nodename-test
spec:
  replicas: 7
  selector:
    matchLabels:
      app: nodename
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nodename
    spec:
      nodeName: k8s-node01
      containers:
      - name: myweb
        image: wangyanglinux/myapp:v1.0
        ports:
        - containerPort: 80

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

pod.spec.nodeSelector

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nodeselect-test
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nodeselect
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nodeselect
    spec:
      nodeSelector:
        type: nodeselect
      containers:
      - name: myweb
        image: wangyanglinux/myapp:v1.0
        ports:
        - containerPort: 80

tip

pod.spec.nodeName 可以跳过污点，pod.spec.nodeSelector 不可以跳过污点。

概念​

自定义调度器​

过程​

预选​

优选​

亲和性​

pod.spec.nodeAffinity​

节点亲和性 - 软策略​

节点亲和性 - 硬策略​

pod.spec.podAffinity/podAntiAffinity​

Pod 亲和性 - 软策略​

Pod 亲和性 - 硬策略​

Pod 反亲和性 - 软策略​

Pod 反亲和性 - 硬策略​

污点和容忍​

污点​

概念​

组成​

容忍​

概念​

设置方式​

特殊类型​

固定节点调度​

概念

自定义调度器

过程

预选

优选

亲和性

pod.spec.nodeAffinity

节点亲和性 - 软策略

节点亲和性 - 硬策略

pod.spec.podAffinity/podAntiAffinity

Pod 亲和性 - 软策略

Pod 亲和性 - 硬策略

Pod 反亲和性 - 软策略

Pod 反亲和性 - 硬策略

污点和容忍

污点

概念

组成

容忍

概念

设置方式

特殊类型

固定节点调度