---

一、Kubernetes 調(diào)度

1. Pod 調(diào)度介紹

??Kubernetes 是通過 List-Watch 的機(jī)制進(jìn)行每個(gè)組件的協(xié)作，保持?jǐn)?shù)據(jù)同步的，每個(gè)組件之間的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了解耦。

??用戶是通過 kubectl 根據(jù)配置文件，向 APIServer 發(fā)送命令，在 Node 節(jié)點(diǎn)上面建立 Pod 和 Container。
APIServer 經(jīng)過 API 調(diào)用，權(quán)限控制，調(diào)用資源和存儲(chǔ)資源的過程，實(shí)際上還沒有真正開始部署應(yīng)用。這里 需要 Controller Manager、Scheduler 和 kubelet 的協(xié)助才能完成整個(gè)部署過程。

??在 Kubernetes 中，所有部署的信息都會(huì)寫到 etcd 中保存。實(shí)際上 etcd 在存儲(chǔ)部署信息的時(shí)候，會(huì)發(fā)送 Create 事件給 APIServer，而 APIServer 會(huì)通過監(jiān)聽（Watch）etcd 發(fā)過來的事件。其他組件也會(huì)監(jiān)聽（Watch）APIServer 發(fā)出來的事件。

??調(diào)度框架：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/scheduling-eviction/scheduling-framework/

??調(diào)度策略：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/reference/scheduling/policies/

2. Pod 啟動(dòng)創(chuàng)建過程

??Pod 是 Kubernetes 的基礎(chǔ)單元，Pod 啟動(dòng)典型創(chuàng)建過程如下:

• （1）這里有三個(gè) List-Watch，分別是 Controller Manager（運(yùn)行在 Master），Scheduler（運(yùn)行在 Master），kubelet（運(yùn)行在 Node）。 他們?cè)谶M(jìn)程已啟動(dòng)就會(huì)監(jiān)聽（Watch）APIServer 發(fā)出來的事件。

• （2）用戶通過 kubectl 或其他 API 客戶端提交請(qǐng)求給 APIServer 來建立一個(gè) Pod 對(duì)象副本。

• （3）APIServer 嘗試著將 Pod 對(duì)象的相關(guān)元信息存入 etcd 中，待寫入操作執(zhí)行完成，APIServer 即會(huì)返回確認(rèn)信息至客戶端。

• （4）當(dāng) etcd 接受創(chuàng)建 Pod 信息以后，會(huì)發(fā)送一個(gè) Create 事件給 APIServer。

• （5）由于 Controller Manager 一直在監(jiān)聽（Watch，通過https的6443端口）APIServer 中的事件。此時(shí) APIServer 接受到了 Create 事件，又會(huì)發(fā)送給 Controller Manager。

• （6）Controller Manager 在接到 Create 事件以后，調(diào)用其中的 Replication Controller 來保證 Node 上面需要?jiǎng)?chuàng)建的副本數(shù)量。一旦副本數(shù)量少于 RC 中定義的數(shù)量，RC 會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建副本?？傊潜ＷC副本數(shù)量的 Controller（PS：擴(kuò)容縮容的擔(dān)當(dāng)）。

• （7）在 Controller Manager 創(chuàng)建 Pod 副本以后，APIServer 會(huì)在 etcd 中記錄這個(gè) Pod 的詳細(xì)信息。例如 Pod 的副本數(shù)，Container 的內(nèi)容是什么。

• （8）同樣的 etcd 會(huì)將創(chuàng)建 Pod 的信息通過事件發(fā)送給 APIServer。

• （9）由于 Scheduler 在監(jiān)聽（Watch）APIServer，并且它在系統(tǒng)中起到了“承上啟下”的作用，“承上”是指它負(fù)責(zé)接收創(chuàng)建的 Pod 事件，為其安排 Node；“啟下”是指安置工作完成后，Node 上的 kubelet 進(jìn)程會(huì)接管后繼工作，負(fù)責(zé) Pod 生命周期中的“下半生”。 換句話說，Scheduler 的作用是將待調(diào)度的 Pod 按照調(diào)度算法和策略綁定到集群中 Node 上。

• （10）Scheduler 調(diào)度完畢以后會(huì)更新 Pod 的信息，此時(shí)的信息更加豐富了。除了知道 Pod 的副本數(shù)量，副本內(nèi)容。還知道部署到哪個(gè) Node 上面了。并將上面的 Pod 信息更新至 API Server，由 APIServer 更新至 etcd 中，保存起來。

• （11）etcd 將更新成功的事件發(fā)送給 APIServer，APIServer 也開始反映此 Pod 對(duì)象的調(diào)度結(jié)果。

• （12）kubelet 是在 Node 上面運(yùn)行的進(jìn)程，它也通過 List-Watch 的方式監(jiān)聽（Watch，通過https的6443端口）APIServer 發(fā)送的 Pod 更新的事件。kubelet 會(huì)嘗試在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上調(diào)用 Docker 啟動(dòng)容器，并將 Pod 以及容器的結(jié)果狀態(tài)回送至 APIServer。

• （13）APIServer 將 Pod 狀態(tài)信息存入 etcd 中。在 etcd 確認(rèn)寫入操作成功完成后，APIServer將確認(rèn)信息發(fā)送至相關(guān)的 kubelet，事件將通過它被接受。

??#注意：在創(chuàng)建 Pod 的工作就已經(jīng)完成了后，為什么 kubelet 還要一直監(jiān)聽呢？原因很簡(jiǎn)單，假設(shè)這個(gè)時(shí)候 kubectl 發(fā)命令，要擴(kuò)充 Pod 副本數(shù)量，那么上面的流程又會(huì)觸發(fā)一遍，kubelet 會(huì)根據(jù)最新的 Pod 的部署情況調(diào)整 Node 的資源。又或者 Pod 副本數(shù)量沒有發(fā)生變化，但是其中的鏡像文件升級(jí)了，kubelet 也會(huì)自動(dòng)獲取最新的鏡像文件并且加載。

3. Kubernetes 的調(diào)度過程

3.1 調(diào)度需要考慮的問題

??Scheduler 是 kubernetes 的調(diào)度器，主要的任務(wù)是把定義的 pod 分配到集群的節(jié)點(diǎn)上。其主要考慮的問題如下：

• 公平：如何保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能被分配資源；
• 資源高效利用：集群所有資源最大化被使用；
• 效率：調(diào)度的性能要好，能夠盡快地對(duì)大批量的 pod 完成調(diào)度工作；
• 靈活：允許用戶根據(jù)自己的需求控制調(diào)度的邏輯。

??Sheduler 是作為單獨(dú)的程序運(yùn)行的，啟動(dòng)之后會(huì)一直監(jiān)聽 APIServer，獲取 spec.nodeName 為空的 pod，對(duì)每個(gè) pod 都會(huì)創(chuàng)建一個(gè) binding，表明該 pod 應(yīng)該放到哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

3.2 具體調(diào)度過程

• 首先是過濾掉不滿足條件的節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過程稱為預(yù)算策略（predicate）；
• 然后對(duì)通過的節(jié)點(diǎn)按照優(yōu)先級(jí)排序，這個(gè)是優(yōu)選策略（priorities）；
• 最后從中選擇優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)。如果中間任何一步驟有錯(cuò)誤，就直接返回錯(cuò)誤。
• 如果在 predicate 過程中沒有合適的節(jié)點(diǎn)，pod 會(huì)一直在 pending 狀態(tài)，不斷重試調(diào)度，直到有節(jié)點(diǎn)滿足條件。 經(jīng)過這個(gè)步驟，如果有多個(gè)節(jié)點(diǎn)滿足條件，就繼續(xù) priorities 過程：按照優(yōu)先級(jí)大小對(duì)節(jié)點(diǎn)排序。
• 通過算法對(duì)所有的優(yōu)先級(jí)項(xiàng)目和權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，得出最終的結(jié)果。

Predicate 常見的算法

算法	含義
PodFitsResources	節(jié)點(diǎn)上剩余的資源是否大于 pod 請(qǐng)求的資源。
PodFitsHost	如果 pod 指定了 NodeName，檢查節(jié)點(diǎn)名稱是否和 NodeName 匹配。
PodFitsHostPorts	節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)使用的 port 是否和 pod 申請(qǐng)的 port 沖突。
PodSelectorMatches	過濾掉和 pod 指定的 label 不匹配的節(jié)點(diǎn)。
NoDiskConflict	已經(jīng) mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不沖突，除非它們都是只讀。

優(yōu)先級(jí)

??優(yōu)先級(jí)由一系列鍵值對(duì)組成，鍵是該優(yōu)先級(jí)項(xiàng)的名稱，值是它的權(quán)重（該項(xiàng)的重要性）。有一系列的常見的優(yōu)先級(jí)選項(xiàng)包括：

選項(xiàng)	含義
LeastRequestedPriority	通過計(jì)算CPU和Memory的使用率來決定權(quán)重，使用率越低權(quán)重越高。也就是說，這個(gè)優(yōu)先級(jí)指標(biāo)傾向于資源使用比例更低的節(jié)點(diǎn)。
BalancedResourceAllocation	節(jié)點(diǎn)上 CPU 和 Memory 使用率越接近，權(quán)重越高。這個(gè)一般和LeastRequestedPriority一起使用，不單獨(dú)使用。 比如 node01 的 CPU 和 Memory 使用率 20:60，node02 的 CPU 和 Memory 使用率 50:50，雖然 node01 的總使用率比 node02 低，但 node02 的 CPU 和 Memory 使用率更接近，從而調(diào)度時(shí)會(huì)優(yōu)選 node02。
ImageLocalityPriority	傾向于已經(jīng)有要使用鏡像的節(jié)點(diǎn)，鏡像總大小值越大，權(quán)重越高。

二、影響kubernetes調(diào)度的因素

1. nodeName

??指定調(diào)度節(jié)點(diǎn)：pod.spec.nodeName 將 Pod 直接調(diào)度到指定的 Node 節(jié)點(diǎn)上，會(huì)跳過 Scheduler 的調(diào)度策略，該匹配規(guī)則是強(qiáng)制匹配。

vim myapp.yaml
apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment  
metadata:name: myapp
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: myapptemplate:metadata:labels:app: myappspec:nodeName: node01containers:- name: myappimage: nginxports:- containerPort: 80

kubectl apply -f demo1.yamlkubectl get pods -o wide#查看詳細(xì)事件（發(fā)現(xiàn)未經(jīng)過 scheduler 調(diào)度分配）
kubectl describe pod myapp-6bc58d7775-6wlpp

2. nodeSelector

??pod.spec.nodeSelector：通過 kubernetes 的 label-selector 機(jī)制選擇節(jié)點(diǎn)，由調(diào)度器調(diào)度策略匹配 label，然后調(diào)度 Pod 到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，該匹配規(guī)則屬于強(qiáng)制約束。

#獲取標(biāo)簽幫助
kubectl label --help
Usage:kubectl label [--overwrite] (-f FILENAME | TYPE NAME) KEY_1=VAL_1 ... KEY_N=VAL_N
[--resource-version=version] [options]#需要獲取 node 上的 NAME 名稱
kubectl get node
NAME       STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
master01   Ready    control-plane,master   54m   v1.20.15
node01     Ready    <none>                 51m   v1.20.15
node02     Ready    <none>                 51m   v1.20.15

#給對(duì)應(yīng)的 node 設(shè)置標(biāo)簽分別為 class=a 和 class=b
kubectl label nodes node01 class=a
kubectl label nodes node02 class=b#查看標(biāo)簽
kubectl get nodes --show-labels

#修改成 nodeSelector 調(diào)度方式
vim myapp1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment  
metadata:name: myapp1
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: myapp1template:metadata:labels:app: myapp1spec:nodeSelector:class: acontainers:- name: myapp1image: nginxports:- containerPort: 80

kubectl apply -f myapp1.yaml kubectl get pods -o wide
NAME                     READY   STATUS              RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp1-6f999d795-9vc8w   0/1     ContainerCreating   0          13s   <none>   node01   <none>           <none>
myapp1-6f999d795-gpfsh   0/1     ContainerCreating   0          13s   <none>   node01   <none>           <none>
myapp1-6f999d795-nhlg7   0/1     ContainerCreating   0          13s   <none>   node01   <none>#查看詳細(xì)事件（通過事件可以發(fā)現(xiàn)要先經(jīng)過 scheduler 調(diào)度分配）
kubectl describe pod myapp1-6f999d795-9vc8w
Events:Type    Reason     Age   From               Message----    ------     ----  ----               -------Normal  Scheduled  41s   default-scheduler  Successfully assigned default/myapp1-6f999d795-9vc8w to node01Normal  Pulling    40s   kubelet            Pulling image "nginx"Normal  Pulled     9s    kubelet            Successfully pulled image "nginx" in 30.729226268sNormal  Created    9s    kubelet            Created container myapp1Normal  Started    9s    kubelet            Started container myapp1

#修改一個(gè) label 的值，需要加上 --overwrite 參數(shù)
kubectl label nodes node02 class=a --overwrite#刪除一個(gè) label，只需在命令行最后指定 label 的 key 名并與一個(gè)減號(hào)相連即可：
kubectl label nodes node02 class-#指定標(biāo)簽查詢 node 節(jié)點(diǎn)
kubectl get node -l class=a

3. 親和性

??官網(wǎng)：https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/

??節(jié)點(diǎn)親和 和 pod親和 如果同時(shí)存在且發(fā)生沖突，會(huì)報(bào)錯(cuò)！

??親和性調(diào)度是指通過配置的形式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先選擇滿足條件的Node進(jìn)行調(diào)度，如果沒有，也可以調(diào)度到不滿足條件的節(jié)點(diǎn)上，使調(diào)度更加靈活。

??親和性（Affinity）主要分為三類：

• 節(jié)點(diǎn)親和性（nodeAfinity）： 以node為目標(biāo)，解決pod可以調(diào)度到哪些node的問題。
• pod親和性（podAffinity）：以pod為目標(biāo)，解決pod可以和哪些已經(jīng)存在pod部署到同一個(gè)拓?fù)溆蛑械膯栴}。
• pod反親和性（podAntiAfinity）： 以pod為目標(biāo)，解決pod不能和哪些已存在的pod部署在統(tǒng)一個(gè)拓?fù)溆蛑械膯栴}。

#節(jié)點(diǎn)親和性
pod.spec.nodeAffinity
● preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：軟策略
● requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略#Pod 親和性
pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
● preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：軟策略
● requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

3.1 三種親和性的區(qū)別

調(diào)度策略	匹配標(biāo)簽	操作符	拓?fù)溆蛑С?/th>	調(diào)度目標(biāo)
nodeAffinity	主機(jī)	In，NotIn，Exisits，DoesNotExist，Gt，Lt	否	指定主機(jī)
podAffinity	Pod	In，NotIn，Exisits，DoesNotExist	是	Pod與指定Pod同一拓?fù)溆?/td>
podAntiAffinity	Pod	In，NotIn，Exisits，DoesNotExist	是	Pod與指定Pod不在同一拓?fù)溆?/td>

3.2 鍵值運(yùn)算關(guān)系

In				#label 的值在某個(gè)列表中
NotIn			#label 的值不在某個(gè)列表中
Gt				#label 的值大于某個(gè)值
Lt				#label 的值小于某個(gè)值
Exists			#某個(gè) label 存在
DoesNotExist	#某個(gè) label 不存在

3.3 節(jié)點(diǎn)親和性

kubectl get nodes --show-labels
NAME       STATUS   ROLES                  AGE    VERSION    LABELS
master01   Ready    control-plane,master   110m   v1.20.15   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=master01,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/control-plane=,node-role.kubernetes.io/master=
node01     Ready    <none>                 107m   v1.20.15   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>                 107m   v1.20.15   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node02,kubernetes.io/os=linux

硬策略

#requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略
mkdir /opt/affinity
cd /opt/affinityvim pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: affinitylabels:app: node-affinity-pod
spec:containers:- name: with-node-affinityimage: nginxaffinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: kubernetes.io/hostname    #指定node的標(biāo)簽operator: NotIn     #設(shè)置Pod安裝到kubernetes.io/hostname的標(biāo)簽值不在values列表中的node上values:- node02

kubectl apply -f pod1.yamlkubectl 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#如果硬策略不滿足條件，Pod 狀態(tài)一直會(huì)處于 Pending 狀態(tài)。

軟策略

#preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：軟策略
vim pod2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: affinitylabels:app: node-affinity-pod
spec:containers:- name: with-node-affinityimage: nginxaffinity:nodeAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 1   #如果有多個(gè)軟策略選項(xiàng)的話，權(quán)重越大，優(yōu)先級(jí)越高preference:matchExpressions:- key: kubernetes.io/hostnameoperator: Invalues:- node02kubectl apply -f pod2.yamlkubectl 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，則會(huì)優(yōu)先在node01上創(chuàng)建Pod
kubectl delete pod --all 
kubectl apply -f pod2.yaml
kubectl get pods -o wide

硬策略和軟策略結(jié)合使用

#如果把硬策略和軟策略合在一起使用，則要先滿足硬策略之后才會(huì)滿足軟策略
kubectl label nodes node01 class=a
kubectl label nodes node02 class=b
kubectl get nodes --show-labels

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: affinitylabels:app: node-affinity-pod
spec:containers:- name: with-node-affinityimage: nginxaffinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:   #先滿足硬策略，排除有kubernetes.io/hostname=node02標(biāo)簽的節(jié)點(diǎn)nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: kubernetes.io/hostnameoperator: NotInvalues:- node02preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #再滿足軟策略，優(yōu)先選擇有class=a標(biāo)簽的節(jié)點(diǎn)- weight: 1preference:matchExpressions:- key: classoperator: Invalues:- akubectl apply -f pod3.yaml 
kubectl get pods -o wide

3.4 Pod 親和性

#創(chuàng)建標(biāo)簽
kubectl label nodes node01 class=a
kubectl label nodes node02 class=a#創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)簽為 app=myapp01 的 Pod
vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: myapp01labels:app: myapp01
spec:containers:- name: with-node-affinityimage: soscscs/myapp:v1kubectl apply -f pod3.yamlkubectl 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 親和性調(diào)度，創(chuàng)建多個(gè) Pod 資源
vim pod4.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: myapp02labels:app: myapp02
spec:containers:- name: myapp02image: nginxaffinity:podAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchExpressions:- key: appoperator: Invalues:- myapp01topologyKey: class#僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)已運(yùn)行且有鍵為“app”且值為“myapp01”的標(biāo)簽 的 Pod 處于同一拓?fù)溆驎r(shí)，才可以將該 Pod 調(diào)度到節(jié)點(diǎn)上。 （更確切的說，如果節(jié)點(diǎn) N 具有帶有鍵 class 和某個(gè)值 V 的標(biāo)簽，則 Pod 有資格在節(jié)點(diǎn) N 上運(yùn)行，以便集群中至少有一個(gè)具有鍵 class 和值為 V 的節(jié)點(diǎn)正在運(yùn)行具有鍵“app”和值 “myapp01”的標(biāo)簽的 pod。）
#topologyKey 是節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽的鍵。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使用此鍵標(biāo)記并且具有相同的標(biāo)簽值，則調(diào)度器會(huì)將這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)視為處于同一拓?fù)溆蛑小?調(diào)度器試圖在每個(gè)拓?fù)溆蛑蟹胖脭?shù)量均衡的 Pod。
#如果 class 對(duì)應(yīng)的值不一樣就是不同的拓?fù)溆?。比?Pod1 在 class=a 的 Node 上，Pod2 在 class=b 的 Node 上，Pod3 在 class=a 的 Node 上，則 Pod2 和 Pod1、Pod3 不在同一個(gè)拓?fù)溆?#xff0c;而Pod1 和 Pod3在同一個(gè)拓?fù)溆颉?/span>kubectl apply -f pod4.yamlkubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          4m22s   10.244.1.15   node01   <none>           <none>            app=myapp01
myapp02   1/1     Running   0          39s     10.244.2.4    node02   <none>           <none>            app=myapp02

3.5 Pod 反親和性

vim pod5.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: myapp10labels:app: myapp10
spec:containers:- name: myapp10image: nginxaffinity:podAntiAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 100podAffinityTerm:labelSelector:matchExpressions:- key: appoperator: Invalues:- myapp01topologyKey: kubernetes.io/hostname#如果節(jié)點(diǎn)處于 Pod 所在的同一拓?fù)溆蚯揖哂墟I“app”和值“myapp01”的標(biāo)簽， 則該 pod 不應(yīng)將其調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)上。 （如果 topologyKey 為 kubernetes.io/hostname，則意味著當(dāng)節(jié)點(diǎn)和具有鍵 “app”和值“myapp01”的 Pod 處于相同的拓?fù)溆?#xff0c;Pod 不能被調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)上。）

kubectl apply -f pod5.yamlkubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          8m12s   10.244.1.15   node01   <none>           <none>            app=myapp01
myapp02   1/1     Running   0          4m29s   10.244.2.4    node02   <none>           <none>            app=myapp02
myapp10   1/1     Running   0          22s     10.244.2.5    node02   <none>           <none>            app=myapp10

vim pod6.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: myapp20labels:app: myapp20
spec:containers:- name: myapp20image: nginxaffinity:podAntiAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchExpressions:- key: appoperator: Invalues:- myapp01topologyKey: class#由于指定 Pod 所在的 node01 節(jié)點(diǎn)上具有帶有鍵 class 和標(biāo)簽值 a 的標(biāo)簽，node02 也有這個(gè)kgc=a的標(biāo)簽，所以 node01 和 node02 是在一個(gè)拓?fù)溆蛑?#xff0c;反親和要求新 Pod 與指定 Pod 不在同一拓?fù)溆?#xff0c;所以新 Pod 沒有可用的 node 節(jié)點(diǎn)，即為 Pending 狀態(tài)。

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=myapp03kubectl label nodes node02 class=b --overwritekubectl 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

4. 污點(diǎn)和容忍

4.1 污點(diǎn)（Taint）

??節(jié)點(diǎn)親和性，是Pod的一種屬性（偏好或硬性要求），它使Pod被吸引到一類特定的節(jié)點(diǎn)。Taint 則相反，它使節(jié)點(diǎn)能夠排斥一類特定的 Pod。

??Taint 和 Toleration 相互配合，可以用來避免 Pod 被分配到不合適的節(jié)點(diǎn)上。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都可以應(yīng)用一個(gè)或多個(gè) taint ，這表示對(duì)于那些不能容忍這些 taint 的 Pod，是不會(huì)被該節(jié)點(diǎn)接受的。如果將 toleration 應(yīng)用于 Pod 上，則表示這些 Pod 可以（但不一定）被調(diào)度到具有匹配 taint 的節(jié)點(diǎn)上。

??使用 kubectl taint 命令可以給某個(gè) Node 節(jié)點(diǎn)設(shè)置污點(diǎn)，Node 被設(shè)置上污點(diǎn)之后就和 Pod 之間存在了一種相斥的關(guān)系，可以讓 Node 拒絕 Pod 的調(diào)度執(zhí)行，甚至將 Node 已經(jīng)存在的 Pod 驅(qū)逐出去。

#污點(diǎn)的格式
key=value:effect#每個(gè)污點(diǎn)有一個(gè) key 和 value 作為污點(diǎn)的標(biāo)簽，其中 value 可以為空，effect 描述污點(diǎn)的作用。

??當(dāng)前 taint effect 支持如下三個(gè)選項(xiàng)：

選項(xiàng)	含義
NoSchedule	表示 k8s 將不會(huì)將 Pod 調(diào)度到具有該污點(diǎn)的 Node 上。
PreferNoSchedule	表示 k8s 將盡量避免將 Pod 調(diào)度到具有該污點(diǎn)的 Node 上。
NoExecute	表示 k8s 將不會(huì)將 Pod 調(diào)度到具有該污點(diǎn)的 Node 上，同時(shí)會(huì)將 Node 上已經(jīng)存在的 Pod 驅(qū)逐出去。

kubectl get nodes
NAME       STATUS   ROLES                  AGE     VERSION
master01   Ready    control-plane,master   7m54s   v1.20.15
node01     Ready    <none>                 2m58s   v1.20.15
node02     Ready    <none>                 2m57s   v1.20.15#master 就是因?yàn)橛?NoSchedule 污點(diǎn)，k8s 才不會(huì)將 Pod 調(diào)度到 master 節(jié)點(diǎn)上
kubectl describe node master
......
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule

#設(shè)置污點(diǎn)
kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule#節(jié)點(diǎn)說明中，查找 Taints 字段
kubectl describe node node01 | grep Taints #去除污點(diǎn)
kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-

kubectl get pods -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-5fb876b6f7-6dxmn   1/1     Running   0          97s   10.244.2.4   node02   <none>           <none>
myapp-5fb876b6f7-9jgb2   1/1     Running   0          97s   10.244.2.2   node02   <none>           <none>
myapp-5fb876b6f7-l9fzc   1/1     Running   0          97s   10.244.2.3   node02   <none>           <none>kubectl taint node node02 check=mycheck:NoExecute#查看 Pod 狀態(tài)，會(huì)發(fā)現(xiàn) node02 上的 Pod 已經(jīng)被全部驅(qū)逐（注：如果是 Deployment 或者 StatefulSet 資源類型，為了維持副本數(shù)量則會(huì)在別的 Node 上再創(chuàng)建新的 Pod）
kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-5fb876b6f7-pf9dd   0/1     Pending       0          0s     <none>       node02   <none>           <none>

4.2 容忍（Tolerations）

??設(shè)置了污點(diǎn)的 Node 將根據(jù) taint 的 effect:NoSchedule、PreferNoSchedule、NoExecute 和 Pod 之間產(chǎn)生互斥的關(guān)系，Pod 將在一定程度上不會(huì)被調(diào)度到 Node 上。但我們可以在 Pod 上設(shè)置容忍(Tolerations)，意思是設(shè)置了容忍的 Pod 將可以容忍污點(diǎn)的存在，可以被調(diào)度到存在污點(diǎn)的 Node 上。

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecutevim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: myapp01labels:app: myapp01
spec:containers:- name: with-node-affinityimage: nginxkubectl apply -f pod3.yaml

#在兩個(gè) Node 上都設(shè)置了污點(diǎn)后，此時(shí) Pod 將無法創(chuàng)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>vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: myapp01labels:app: myapp01
spec:containers:- name: with-node-affinityimage: nginxtolerations:- key: "check"operator: "Equal"value: "mycheck"effect: "NoExecute"tolerationSeconds: 3600#其中的 key、vaule、effect 都要與 Node 上設(shè)置的 taint 保持一致
#operator 的值為 Exists 將會(huì)忽略 value 值，即存在即可
#tolerationSeconds 用于描述當(dāng) Pod 需要被驅(qū)逐時(shí)可以在 Node 上繼續(xù)保留運(yùn)行的時(shí)間

kubectl apply -f pod3.yaml#在設(shè)置了容忍之后，Pod 創(chuàng)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>

其它注意事項(xiàng)

#1.當(dāng)不指定 key 值時(shí)，表示容忍所有的污點(diǎn) keytolerations:- operator: "Exists"#2.當(dāng)不指定 effect 值時(shí)，表示容忍所有的污點(diǎn)作用tolerations:- key: "key"operator: "Exists"#3.有多個(gè) Master 存在時(shí)，防止資源浪費(fèi)，可以如下設(shè)置
kubectl taint node Master-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule#如果某個(gè) Node 更新升級(jí)系統(tǒng)組件，為了防止業(yè)務(wù)長時(shí)間中斷，可以先在該 Node 設(shè)置 NoExecute 污點(diǎn)，把該 Node 上的 Pod 都驅(qū)逐出去
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute#此時(shí)如果別的 Node 資源不夠用，可臨時(shí)給 Master 設(shè)置 PreferNoSchedule 污點(diǎn)，讓 Pod 可在 Master 上臨時(shí)創(chuàng)建
kubectl taint node master node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule#待所有 Node 的更新操作都完成后，再去除污點(diǎn)
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute-

5. cordon 和 drain

##對(duì)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行維護(hù)操作：
kubectl get nodes

??將 Node 標(biāo)記為不可調(diào)度的狀態(tài)，這樣就不會(huì)讓新創(chuàng)建的 Pod 在此 Node 上運(yùn)行。

#命令格式
kubectl cordon <NODE_NAME> 		 #該node將會(huì)變?yōu)镾chedulingDisabled狀態(tài)

??kubectl drain 可以讓 Node 節(jié)點(diǎn)開始釋放所有 pod，并且不接收新的 pod 進(jìn)程。drain 本意排水，意思是將出問題的 Node 下的 Pod 轉(zhuǎn)移到其它 Node 下運(yùn)行。

#命令格式
kubectl drain <NODE_NAME> --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data --force--------------------------------------------------------------------------------
--ignore-daemonsets：無視 DaemonSet 管理下的 Pod。
--delete-emptydir-data：如果有 mount local volume 的 pod，會(huì)強(qiáng)制殺掉該 pod。
--force：強(qiáng)制釋放不是控制器管理的 Pod。

??注：執(zhí)行 drain 命令，會(huì)自動(dòng)做了兩件事情：

• 設(shè)定此 node 為不可調(diào)度狀態(tài)（cordon)
• evict（驅(qū)逐）了 Pod

#kubectl uncordon 將 Node 標(biāo)記為可調(diào)度的狀態(tài)
kubectl uncordon <NODE_NAME>

6. Pod啟動(dòng)階段（相位 phase）

??Pod 創(chuàng)建完之后，一直到持久運(yùn)行起來，中間有很多步驟，也就有很多出錯(cuò)的可能，因此會(huì)有很多不同的狀態(tài)。
??一般來說，pod 這個(gè)過程包含以下幾個(gè)步驟：

1. 調(diào)度到某臺(tái) node 上。kubernetes 根據(jù)一定的優(yōu)先級(jí)算法選擇一臺(tái) node 節(jié)點(diǎn)將其作為 Pod 運(yùn)行的 node；
2. 拉取鏡像；
3. 掛載存儲(chǔ)配置等；
4. 容器運(yùn)行起來。如果有健康檢查，會(huì)根據(jù)檢查的結(jié)果來設(shè)置其狀態(tài)。

7. phase 的可能狀態(tài)有

• Pending：表示APIServer創(chuàng)建了Pod資源對(duì)象并已經(jīng)存入了etcd中，但是它并未被調(diào)度完成（比如還沒有調(diào)度到某臺(tái)node上），或者仍然處于從倉庫下載鏡像的過程中。
• Running：Pod已經(jīng)被調(diào)度到某節(jié)點(diǎn)之上，并且Pod中所有容器都已經(jīng)被kubelet創(chuàng)建。至少有一個(gè)容器正在運(yùn)行，或者正處于啟動(dòng)或者重啟狀態(tài)（也就是說Running狀態(tài)下的Pod不一定能被正常訪問）。
• Succeeded：有些pod不是長久運(yùn)行的，比如job、cronjob，一段時(shí)間后Pod中的所有容器都被成功終止，并且不會(huì)再重啟。需要反饋任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果。
• Failed：Pod中的所有容器都已終止了，并且至少有一個(gè)容器是因?yàn)槭〗K止。也就是說，容器以非0狀態(tài)退出或者被系統(tǒng)終止，比如 command 寫的有問題。
• Unknown：表示無法讀取 Pod 狀態(tài)，通常是 kube-controller-manager 無法與 Pod 通信。Pod 所在的 Node 出了問題或失聯(lián)，從而導(dǎo)致 Pod 的狀態(tài)為 Unknow。

8. 如何刪除 Unknown 狀態(tài)的 Pod ?

• 從集群中刪除有問題的 Node。使用公有云時(shí)，kube-controller-manager 會(huì)在 VM 刪除后自動(dòng)刪除對(duì)應(yīng)的 Node。 而在物理機(jī)部署的集群中，需要管理員手動(dòng)刪除 Node（kubectl delete node <node_name>）。
• 被動(dòng)等待 Node 恢復(fù)正常，Kubelet 會(huì)重新跟 kube-apiserver 通信確認(rèn)這些 Pod 的期待狀態(tài)，進(jìn)而再?zèng)Q定刪除或者繼續(xù)運(yùn)行這些 Pod。
• 主動(dòng)刪除 Pod，通過執(zhí)行 kubectl delete pod <pod_name> --grace-period=0 --force 強(qiáng)制刪除 Pod。但是這里需要注意的是，除非明確知道 Pod 的確處于停止?fàn)顟B(tài)（比如 Node 所在 VM 或物理機(jī)已經(jīng)關(guān)機(jī)），否則不建議使用該方法。特別是 StatefulSet 管理的 Pod，強(qiáng)制刪除容易導(dǎo)致腦裂或者數(shù)據(jù)丟失等問題。

9. 故障排除步驟

#查看Pod事件
kubectl describe TYPE NAME_PREFIX  #查看Pod日志（Failed狀態(tài)下）
kubectl logs <POD_NAME> [-c Container_NAME]#進(jìn)入Pod（狀態(tài)為running，但是服務(wù)沒有提供）
kubectl exec –it <POD_NAME> bashkubectl debug -it <POD_NAME> --image=busybox:1.28 --target=${container_name}	#在為 Pod 里的具體某個(gè)容器添加一個(gè)臨時(shí)容器（鏡像為 busybox），并進(jìn)行 debug。#查看集群信息
kubectl get nodes#發(fā)現(xiàn)集群狀態(tài)正常
kubectl cluster-info#查看kubelet日志發(fā)現(xiàn)
journalctl -xefu kubelet

總結(jié)

1. K8S 如何實(shí)現(xiàn)每個(gè)組件的協(xié)作

controller-manager、scheduler、kubelet 通過 List-Watch 機(jī)制監(jiān)聽 apiserver 發(fā)出的事件，apiserver 通過 List-Watch 機(jī)制監(jiān)聽 etcd 發(fā)出的事件

2. scheduler 的調(diào)度算法

預(yù)選策略/預(yù)算策略：通過調(diào)度算法過濾掉不滿足條件的Node節(jié)點(diǎn)，如果沒有滿足條件的Node節(jié)點(diǎn)，Pod會(huì)處于Pending狀態(tài)，直到有符合條件的Node節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)
PodFitsResources、PodFitsHost、PodFitsHostPorts、PodSelectorMatches、NoDiskConflict優(yōu)選策略：根據(jù)優(yōu)先級(jí)選項(xiàng)為滿足預(yù)選策略條件的Node節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)權(quán)重排序，最終選擇優(yōu)先級(jí)最高的Node節(jié)點(diǎn)來調(diào)度Pod
LeastRequestedPriority、BalancedResourceAllocation、ImageLocalityPriority

3. Pod 調(diào)度到指定的 node 節(jié)點(diǎn)

1）使用 nodeName 字段指定 Node 節(jié)點(diǎn)名稱
2）使用 node Selector 指定 Node 節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽
3）使用 節(jié)點(diǎn)/Pod 親和性
4）使用 污點(diǎn)+容忍

4. 標(biāo)簽的管理操作

kubectl label <資源類型> <資源名稱> 標(biāo)簽key=標(biāo)簽value					#添加標(biāo)簽
kubectl label <資源類型> <資源名稱> 標(biāo)簽key=標(biāo)簽value --overwrite	    #將標(biāo)簽進(jìn)行重寫
kubectl label <資源類型> <資源名稱> 標(biāo)簽key-							#刪除標(biāo)簽kubectl get <資源類型> <資源名稱> --show-labels						#查看標(biāo)簽
kubectl label <資源類型> -l	標(biāo)簽key[]								#過濾標(biāo)簽

5. 親和性

節(jié)點(diǎn)親和性（nodeAffinity）：匹配指定的Node節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽，將要部署的Pod調(diào)度到滿足條件的Node節(jié)點(diǎn)上Pod親和性（podAffinity）：匹配指定的Pod標(biāo)簽，將要部署的Pod調(diào)度到與指定Pod所在的Node節(jié)點(diǎn)處于 同一個(gè)拓?fù)溆?的Node節(jié)點(diǎn)上Pod反親和性（podAntiAffinity）：匹配指定的Pod標(biāo)簽，將要部署的Pod調(diào)度到與指定Pod所在的Node節(jié)點(diǎn)處于 不同的拓?fù)溆?的Node節(jié)點(diǎn)上#如何判斷是否處于同一個(gè)拓?fù)溆?/span>
看拓?fù)溆?span id="vxwlu0yf4"    class="token keyword">key（topologKey），如果有其他Node節(jié)點(diǎn)擁有與指定Pod所在的Node節(jié)點(diǎn)相同的 拓?fù)溆?span id="vxwlu0yf4"    class="token keyword">key的標(biāo)簽key和value，那么它們就在同一個(gè)拓?fù)溆颉?

6. 親和性的策略

硬策略（required....）：要強(qiáng)制性的滿足指定條件，如果沒有滿足條件的Node節(jié)點(diǎn)，Pod會(huì)處于Pending狀態(tài)，直到有符合條件的Node節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)軟策略（preferred....）：非強(qiáng)制性的，會(huì)優(yōu)先選擇滿足條件的Node節(jié)點(diǎn)調(diào)度，即使沒有滿足條件的Node節(jié)點(diǎn)，Pod依然會(huì)完成調(diào)度

7. 污點(diǎn)和容忍

#污點(diǎn) taint
kubectl taint node <node名稱>  key=value:effectNoSchedule(一定不會(huì)被調(diào)度)  PreferNoSchedule(盡量不被調(diào)度)  NoExecute(不會(huì)被調(diào)度，并驅(qū)逐節(jié)點(diǎn)上的Pod)kubectl taint node <node名稱>  key[=value:effect]-kubectl describe nodes  <node名稱>  | grep Taints#容忍  tolerations
spec:tolerations:- key: 污點(diǎn)鍵名operator: Equal|Existsvalue: 污點(diǎn)鍵值effect: NoSchedule|PreferNoSchedule|NoExecute

8. 不可調(diào)度方式

#不可調(diào)度
kubectl cordon 	<node名稱>kubectl uncordon  <node名稱>#不可調(diào)度 + 驅(qū)逐
kubectl drain  <node名稱>  --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data --force

9. Pod 的啟動(dòng)過程

1）通過 scheduler 根據(jù)調(diào)度算法選擇一條在最合適的 Node 節(jié)點(diǎn)運(yùn)行 Pod
2）拉取鏡像
3）掛載 存儲(chǔ)卷 等
4）創(chuàng)建并運(yùn)行容器
5）根據(jù)容器的探針探測(cè)結(jié)果設(shè)置 Pod 狀態(tài)

10. Pod 生命周期的 5 種狀態(tài)

pending			pod已經(jīng)創(chuàng)建，但處于包括pod還未完成調(diào)度到node節(jié)點(diǎn)的過程或者處于鏡像拉取過程中、存儲(chǔ)卷掛載失敗等情況
running			pod中至少有一個(gè)容器正在運(yùn)行
succeeded		pod中的所有容器都已經(jīng)成功退出，且不再重啟（Complated）
failed			pod中的所有容器都已終止，且至少有一個(gè)容器異常退出（Error）
unkunown		Master 節(jié)點(diǎn)的 controller-manager 無法獲取pod的狀態(tài)，通常是因?yàn)?Maste r節(jié)點(diǎn)與pod所在的 Node 節(jié)點(diǎn)通信失聯(lián)#Pod遵循預(yù)定義的生命周期，起始于Pending階段，如果至少其中有一個(gè)主要容器正常啟動(dòng)，
#則進(jìn)入Running階段，之后取決于Pod中是否有容器以失敗狀態(tài)結(jié)束而進(jìn)入Succeeded或者Failed階段。

11. K8S 中的排障手段

kubectl get pods															#查看Pod運(yùn)行狀態(tài)
kubectl desrcibe <資源類型|pods> <資源名稱>									#查看資源的詳細(xì)信息和事件
kubectl logs <pod名稱> [-c <容器名>] [-p]										#查看容器的進(jìn)程日志
kubectl exec -it <pod名稱> [-c <容器名>] sh|bash								#進(jìn)入Pod容器，查看容器內(nèi)部相關(guān)狀態(tài)信息
kubectl debug -it <pod名稱> --image=<臨時(shí)容器的鏡像名> --target=<目標(biāo)容器>		#在Pod中創(chuàng)建臨時(shí)容器進(jìn)入目標(biāo)容器進(jìn)行調(diào)試在Pod容器的宿主機(jī)使用nsenter轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)等命名空間，直接在宿主機(jī)進(jìn)入目標(biāo)容器的命名空間進(jìn)行調(diào)試。kubectl get nodes		#查看Node節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)
kubectl get cs			#查看Master組件的狀態(tài)
kubectl cluster-info	#查看集群信息journalctl -u kubelet -f	#跟蹤查看Kubelet進(jìn)程日志