Kubernetes亲和性调度

一般情况下我们部署的 Pod 是通过集群的自动调度策略来选择节点的，默认情况下调度器考虑的是资源足够，并且负载尽量平均，但是有时候我们需要能够更加细粒度的去控制 Pod 的调度。比如内部的一些服务 gitlab 之类的也是跑在Kubernetes集群上的，我们就不希望对外的一些服务和内部的服务跑在同一个节点上了，害怕内部服务对外部的服务产生影响；但是有的时候服务之间交流比较频繁，又希望能够将这两个服务的 Pod 调度到同一个的节点上。这就需要用到 Kubernetes 里面的一个概念：亲和性和反亲和性。 亲和性又分为节点亲和性(nodeAffinity)和 Pod 亲和性(podAffinity)。

1、nodeSelector

在了解亲和性之前，我们先来了解一个非常常用的调度方式：nodeSelector。我们知道label是kubernetes中一个非常重要的概念，用户可以非常灵活的利用 label 来管理集群中的资源，比如最常见的一个就是 service 通过匹配 label 去匹配 Pod 资源，而 Pod 的调度也可以根据节点的 label 来进行调度。 我们可以通过下面的命令查看 node 的 label：

现在我们先给节点node02增加一个com=zoukun 的标签，命令如下：

我们可以通过上面的–show-labels参数可以查看上述标签是否生效。当 node 被打上了相关标签后，在调度的时候就可以使用这些标签了，只需要在 Pod 的spec字段中添加nodeSelector字段，里面是需要被调度的节点的 label 即可。比如，下面的 Pod 我们要强制调度到 node02 这个节点上去，然后就可以使用 nodeSelector 来表示了(node-selector-demo.yaml)：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app: busybox-pod
  name: test-busybox
spec:
  containers:
  - command:
    - sleep
    - "3600"
    image: busybox
    imagePullPolicy: Always
    name: test-busybox
  nodeSelector:
    com: zoukun

我们可以通过 describe 命令查看调度结果：

我们可以看到 Events 下面的信息， Pod 通过默认的 default-scheduler 调度器被绑定到了node02节点。不过需要注意的是nodeSelector属于强制性的，如果目标节点没有可用的资源， Pod 就会一直处于 Pending 状态，这就是nodeSelector的用法。 通过上面的例子我们可以感受到nodeSelector的方式比较直观，但是还够灵活，控制粒度偏大，接下来我们再再来看一种更加灵活的方式：节点亲和性(nodeAffinity)。

2、亲和性和反亲和性调度

调度器在使用的时候，经过了 predicates 和 priorities 两个阶段，但是在实际的生产环境中，往往我们需要根据自己的一些实际需求来控制 pod 的调度，这就需要用到 nodeAffinity(节点亲和性)、podAffinity(pod 亲和性) 以及 podAntiAffinity(pod 反亲和性)。

亲和性调度可以分成软策略和硬策略两种方式:

• 软策略：就是如果你没有满足调度要求的节点的话，pod 就会忽略这条规则，继续完成调度过程，说白了就是满足条件最好了，没有的话也无所谓了的策略
• 硬策略：就比较强硬了，如果没有满足条件的节点的话，就不断重试直到满足条件为止，简单说就是你必须满足我的要求，不然我就不干的策略。

对于亲和性和反亲和性都有这两种规则可以设置： preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution和requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution，前面的就是软策略，后面的就是硬策略。

3、nodeAffinity

节点亲和性主要是用来控制 pod 要部署在哪些主机上，以及不能部署在哪些主机上的。它可以进行一些简单的逻辑组合了，不只是简单的相等匹配。 比如现在我们用一个 Deployment 来管理3个 pod 副本，现在我们来控制下这些 pod 的调度，示例如下（node-affinity-demo.yaml）：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: affinity
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 15
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity
        role: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: nginxweb
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬策略
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/hostname
                operator: NotIn
                values:
                - node03
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 软策略
          - weight: 1
            preference:
              matchExpressions:
              - key: com
                operator: In
                values:
                - zoukun

上面这个 pod 首先是要求不能运行在 node03 这个节点上，如果有个节点满足com=youdianzhishi的话就优先调度到这个节点上。

下面是我们测试的节点列表信息：

可以看到 node02 节点有 com=zoukun 这样的 label，按要求会优先调度到这个节点来的，现在我们来创建这个 pod，然后使用descirbe命令查看具体的调度情况是否满足我们的要求。

从结果可以看出 pod 都被部署到了 node02，其他节点上没有部署 pod，这里的匹配逻辑是 label 的值在某个列表中，现在Kubernetes提供的操作符有下面的几种：

• 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。

注：如果nodeSelectorTerms下面有多个选项的话，满足任何一个条件就可以了；如果matchExpressions有多个选项的话，则必须同时满足这些条件才能正常调度 POD。

4、podAffinity

pod 亲和性主要解决 pod 可以和哪些 pod 部署在同一个拓扑域中的问题（其中拓扑域用主机标签实现，可以是单个主机，也可以是多个主机组成的 cluster、zone 等等），而 pod 反亲和性主要是解决 pod 不能和哪些 pod 部署在同一个拓扑域中的问题，它们都是处理的 pod 与 pod 之间的关系，比如一个 pod 在一个节点上了，那么我这个也得在这个节点，或者你这个 pod 在节点上了，那么我就不想和你待在同一个节点上。

由于我们这里只有一个集群，并没有区域或者机房的概念，所以我们这里直接使用主机名来作为拓扑域，把 pod 创建在同一个主机上面。

同样，还是针对上面的资源对象，我们来测试下 pod 的亲和性（pod-affinity-demo.yaml）：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: affinity
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 15
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity
        role: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: nginxweb
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬策略
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - busybox-pod
            topologyKey: kubernetes.io/hostname

上面这个例子中的 pod 需要调度到某个指定的主机上，至少有一个节点上运行了这样的 pod：这个 pod 有一个app=busybox-pod的 label。 我们查看有标签app=busybox-pod的 pod 列表：

我们看到这个 pod 运行在了 node02 的节点上面，所以按照上面的亲和性来说，上面我们部署的3个 pod 副本也应该运行在 node02 节点上：

如果我们把上面的 test-busybox 和 affinity 这个 Deployment 都删除，然后重新创建 affinity 这个资源，看看能不能正常调度呢：

我们可以看到处于Pending状态了，这是因为现在没有一个节点上面拥有busybox-pod这个 label 的 pod，而上面我们的调度使用的是硬策略，所以就没办法进行调度了，大家可以去尝试下重新将 test-busybox 这个 pod 调度到 node03 这个节点上，看看上面的 affinity 的3个副本会不会也被调度到 node03 这个节点上去？

这里我们使用的是kubernetes.io/hostname这个拓扑域，意思就是当前调度的 pod 要和目标的 pod 处于同一个主机上面，因为要处于同一个拓扑域下面，为了说明这个问题，我们如果把拓扑域改成beta.kubernetes.io/os，同样的我们当前调度的 pod 要和目标的 pod 处于同一个拓扑域中，目标的 pod 是不是拥有beta.kubernetes.io/os=linux的标签，而我们这里3个节点都有这样的标签，这也就意味着我们3个节点都在同一个拓扑域中，所以我们这里的 pod 可能会被调度到任何一个节点，感兴趣的同学可以自行测试一下。

5、podAntiAffinity

前面就是 pod 亲和性的用法，而 pod 反亲和性则是反着来的，比如一个节点上运行了某个 pod，那么我们的 pod 则希望被调度到其他节点上去，同样我们把上面的 podAffinity 直接改成 podAntiAffinity，(pod-antiaffinity-demo.yaml)：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: affinity
spec:
  replicas: 3
  revisionHistoryLimit: 15
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity
        role: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80
          name: nginxweb
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬策略
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - busybox-pod
            topologyKey: kubernetes.io/hostname

这里的意思就是如果一个节点上面有一个app=busybox-pod这样的 pod 的话，那么我们的 pod 就别调度到这个节点上面来，上面我们把app=busybox-pod这个 pod 固定到了 node02 这个节点上面来，所以正常来说我们这里的 pod 不会出现在 node02 节点上：

这就是pod反亲和性的用法。