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【k8s 高级调度--亲和力/反亲和力】

作者：小舞很执着 | 2024-08-13 03:57:40

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反亲和

1、亲和性/反亲和性介绍

nodeSelector 提供了一种最简单的方法来将 Pod 约束到具有特定标签的节点上。 亲和性和反亲和性扩展了你可以定义的约束类型。使用亲和性与反亲和性的一些好处有：

  • 亲和性、反亲和性语言的表达能力更强。nodeSelector 只能选择拥有所有指定标签的节点。 亲和性、反亲和性为你提供对选择逻辑的更强控制能力。
  • 你可以标明某规则是“软需求”或者“偏好”，这样调度器在无法找到匹配节点时仍然调度该 Pod。
  • 你可以使用节点上（或其他拓扑域中）运行的其他 Pod 的标签来实施调度约束， 而不是只能使用节点本身的标签。这个能力让你能够定义规则允许哪些 Pod 可以被放置在一起。

亲和性功能由两种类型的亲和性组成：

  • 节点亲和性功能类似于 nodeSelector 字段，但它的表达能力更强，并且允许你指定软规则。
  • Pod 间亲和性/反亲和性允许你根据其他 Pod 的标签来约束 Pod。

2、Node节点亲和力/反亲和力

节点亲和性概念上类似于 nodeSelector， 它使你可以根据节点上的标签来约束 Pod 可以调度到哪些节点上。 节点亲和性有两种：

  • requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution： 调度器只有在规则被满足的时候才能执行调度。此功能类似于 nodeSelector， 但其语法表达能力更强。
  • preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution： 调度器会尝试寻找满足对应规则的节点。如果找不到匹配的节点，调度器仍然会调度该 Pod。

2.1 配置文件

spec:
  template:
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:  
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬匹配
            nodeSelectorTerms:
           - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/os   # 匹配的key
                operator: In      # 匹配的操作，In代表在
                values:
                - linux   # 匹配的值
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 软匹配
          - weight: 1   # 匹配的权重，数值越大，权重越高
            preference:
              matchExpressions:
              - key: label-1   # 匹配的key
                operator: In
                values:
                - key-1   # 匹配的值
          - weight: 50
            preference:
              matchExpressions:
              - key: label-2
                operator: In
                values:
                - key-2

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2.2 上文的软匹配中，给node1和node2分别添加一个标签

[root@k8s-master ~]# kubectl label   nodes  k8s-node-01  label-1=key-1
node/k8s-node-01 labeled
[root@k8s-master ~]# kubectl label   nodes  k8s-node-02  label-2=key-2
node/k8s-node-02 labeled

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在这里插入图片描述

2.3 将上面节点亲和力的配置添加到deployment中

在这里插入图片描述

2.4 查看pod情况

由于requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬匹配都可以匹配到，但是 在 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软匹配的时候，node2的亲和力比node1的高，所以pod都跑到了node2上。

在这里插入图片描述

2.5 修改一个软亲和力的操作

在这里插入图片描述

2.6 查看pod情况

在这里插入图片描述

2.7 NodeAffinity 亲和力的匹配类型

  • In： 满足一个就满足，就把pod部署过去
  • NotIn： 一个都不能满足，就是你满足了这个条件，pod不可以部署过来，也就是反亲和力
  • Exist： 只要存在就满足
  • DoesNotExist： 只要不存在就满足
  • Gt： 必须要打大于节点上的数值
  • Lt： 必须要打小于节点上的数值

3、Pod资源亲和力/反亲和力

Pod 间亲和性与反亲和性使你可以基于已经在节点上运行的 Pod 的标签来约束 Pod 可以调度到的节点，而不是基于节点上的标签。

  • Pod亲和力：将与指定pod亲和力相匹配的pod部在同一节点。
  • Pod反亲和力，将与指定的pod亲和力想匹配的pod部署在不同的同一节点

3.1 分别给node打标签

[root@k8s-master ~]# kubectl label nodes k8s-node-01 k8s-node-02  topology.kubernetes.io/zone=V
node/k8s-node-01 labeled
node/k8s-node-02 labeled

[root@k8s-master ~]# kubectl label nodes k8s-master   topology.kubernetes.io/zone=R
node/k8s-master labeled

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes  --show-labels
NAME          STATUS   ROLES           AGE    VERSION   LABELS
k8s-master    Ready    control-plane   9d     v1.25.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,ingress=true,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/control-plane=,node.kubernetes.io/exclude-from-external-load-balancers=,topology.kubernetes.io/zone=R
k8s-node-01   Ready    <none>          9d     v1.25.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,ingress=true,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node-01,kubernetes.io/os=linux,label-1=key-1,topology.kubernetes.io/zone=V,type=microsvc
k8s-node-02   Ready    <none>          7d1h   v1.25.0   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=k8s-node-02,kubernetes.io/os=linux,label-2=key-2,topology.kubernetes.io/zone=V,type=microsvc

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3.2 创建第一个deploy资源，pod标签是 security: S1

3.2.1 配置文件

apiVersion: apps/v1 # deployment api 版本
kind: Deployment # 资源类型为 deployment
metadata: # 元信息
  labels: # 标签
    app: nginx-deploy # 具体的 key: value 配置形式
  name: nginx-deploy-s1 # deployment 的名字
  namespace: default # 所在的命名空间
spec:
  replicas: 2 # 期望副本数
  revisionHistoryLimit: 10 # 进行滚动更新后，保留的历史版本数
  selector: # 选择器，用于找到匹配的 RS
    matchLabels: # 按照标签匹配
      app: nginx-deploy # 匹配的标签key/value
  strategy: # 更新策略
    rollingUpdate: # 滚动更新配置
      maxSurge: 25% # 进行滚动更新时，更新的个数最多可以超过期望副本数的个数/比例
      maxUnavailable: 25% # 进行滚动更新时，最大不可用比例更新比例，表示在所有副本数中，最多可以有多少个不更新成功
    type: RollingUpdate # 更新类型，采用滚动更新
  template: # pod 模板
    metadata: # pod 的元信息
      labels: # pod 的标签
        app: nginx-deploy
      #   topology.kubernetes.io/zone: V
        security: S1
    spec: # pod 期望信息
      containers: # pod 的容器
      - image: nginx:1.20 # 镜像
        imagePullPolicy: IfNotPresent # 拉取策略
        name: nginx # 容器名称
        resources:
          limits:
            cpu: 200m
            memory: 128Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 128Mi
      restartPolicy: Always # 重启策略
      terminationGracePeriodSeconds: 30 # 删除操作最多宽限多长时间


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3.2.2 创建这个deploy

[root@k8s-master affinity]# kubectl create -f s1-nginx-deploy-affinity.yaml
deployment.apps/nginx-deploy-s1 created

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3.2.3 查看这个pod信息

  • 有一个pod运行在了master、有一个运行在了node-02
[root@k8s-master affinity]# kubectl get po   -owide    --show-labels
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS        AGE     IP           NODE          NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
dns-test                           1/1     Running   2 (2d12h ago)   4d21h   10.2.1.58    k8s-node-02   <none>           <none>            run=dns-test
fluentd-59k8k                      1/1     Running   1 (2d12h ago)   4d3h    10.2.2.34    k8s-node-01   <none>           <none>            app=logging,controller-revision-hash=7555d95dc,id=fluentd,pod-template-generation=2
fluentd-hhtls                      1/1     Running   1 (2d12h ago)   4d3h    10.2.1.59    k8s-node-02   <none>           <none>            app=logging,controller-revision-hash=7555d95dc,id=fluentd,pod-template-generation=2
nginx-deploy-579987f57f-ccgd8      1/1     Running   0               51m     10.2.2.113   k8s-node-01   <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=579987f57f
nginx-deploy-579987f57f-hwpjk      1/1     Running   0               51m     10.2.2.112   k8s-node-01   <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=579987f57f
nginx-deploy-s1-5cc987b754-82xt5   1/1     Running   0               26s     10.2.1.92    k8s-node-02   <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=5cc987b754,security=S1
nginx-deploy-s1-5cc987b754-kwsk5   1/1     Running   0               26s     10.2.0.7     k8s-master    <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=5cc987b754,security=S1

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3.3 创建第二个deploy资源，pod标签是 security: S2

3.3.1 配置文件

apiVersion: apps/v1 # deployment api 版本
kind: Deployment # 资源类型为 deployment
metadata: # 元信息
  labels: # 标签
    app: nginx-deploy # 具体的 key: value 配置形式
  name: nginx-deploy-s2 # deployment 的名字
  namespace: default # 所在的命名空间
spec:
  replicas: 1 # 期望副本数
  revisionHistoryLimit: 10 # 进行滚动更新后，保留的历史版本数
  selector: # 选择器，用于找到匹配的 RS
    matchLabels: # 按照标签匹配
      app: nginx-deploy # 匹配的标签key/value
  strategy: # 更新策略
    rollingUpdate: # 滚动更新配置
      maxSurge: 25% # 进行滚动更新时，更新的个数最多可以超过期望副本数的个数/比例
      maxUnavailable: 25% # 进行滚动更新时，最大不可用比例更新比例，表示在所有副本数中，最多可以有多少个不更新成功
    type: RollingUpdate # 更新类型，采用滚动更新
  template: # pod 模板
    metadata: # pod 的元信息
      labels: # pod 的标签
        app: nginx-deploy
    #     topology.kubernetes.io/zone: V
        security: S2
    spec: # pod 期望信息
      nodeSelector:
        kubernetes.io/hostname: k8s-master
      containers: # pod 的容器
      - image: nginx:1.20 # 镜像
        imagePullPolicy: IfNotPresent # 拉取策略
        name: nginx # 容器名称
        resources:
          limits:
            cpu: 200m
            memory: 128Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 128Mi
      restartPolicy: Always # 重启策略
      terminationGracePeriodSeconds: 30 # 删除操作最多宽限多长时间


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3.3.2 创建这个deploy

[root@k8s-master affinity]# kubectl create  -f s2-nginx-deploy-affinity.yaml
deployment.apps/nginx-deploy-s2 created

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3.3.3 查看这个pod信息

  • 这个pod运行在了master上
[root@k8s-master affinity]# kubectl get po   -owide    --show-labels
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS        AGE     IP           NODE          NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
dns-test                           1/1     Running   2 (2d12h ago)   4d21h   10.2.1.58    k8s-node-02   <none>           <none>            run=dns-test
fluentd-59k8k                      1/1     Running   1 (2d12h ago)   4d3h    10.2.2.34    k8s-node-01   <none>           <none>            app=logging,controller-revision-hash=7555d95dc,id=fluentd,pod-template-generation=2
fluentd-hhtls                      1/1     Running   1 (2d12h ago)   4d3h    10.2.1.59    k8s-node-02   <none>           <none>            app=logging,controller-revision-hash=7555d95dc,id=fluentd,pod-template-generation=2
nginx-deploy-579987f57f-ccgd8      1/1     Running   0               55m     10.2.2.113   k8s-node-01   <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=579987f57f
nginx-deploy-579987f57f-hwpjk      1/1     Running   0               56m     10.2.2.112   k8s-node-01   <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=579987f57f
nginx-deploy-s1-5cc987b754-82xt5   1/1     Running   0               5m19s   10.2.1.92    k8s-node-02   <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=5cc987b754,security=S1
nginx-deploy-s1-5cc987b754-kwsk5   1/1     Running   0               5m19s   10.2.0.7     k8s-master    <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=5cc987b754,security=S1
nginx-deploy-s2-656bfc8d9c-qpzl4   1/1     Running   0               3s      10.2.0.8     k8s-master    <none>           <none>            app=nginx-deploy,pod-template-hash=656bfc8d9c,security=S2

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3.4 创建这个Pod亲和力的deploy资源

3.4.1 配置文件

apiVersion: apps/v1 # deployment api 版本
kind: Deployment # 资源类型为 deployment
metadata: # 元信息
  labels: # 标签
    app: nginx-deploy # 具体的 key: value 配置形式
  name: nginx-deploy-test # deployment 的名字
  namespace: default # 所在的命名空间
spec:
  replicas: 2 # 期望副本数
  revisionHistoryLimit: 10 # 进行滚动更新后，保留的历史版本数
  selector: # 选择器，用于找到匹配的 RS
    matchLabels: # 按照标签匹配
      app: nginx-deploy # 匹配的标签key/value
  strategy: # 更新策略
    rollingUpdate: # 滚动更新配置
      maxSurge: 25% # 进行滚动更新时，更新的个数最多可以超过期望副本数的个数/比例
      maxUnavailable: 25% # 进行滚动更新时，最大不可用比例更新比例，表示在所有副本数中，最多可以有多少个不更新成功
    type: RollingUpdate # 更新类型，采用滚动更新
  template: # pod 模板
    metadata: # pod 的元信息
      labels: # pod 的标签
        app: nginx-deploy
    spec: # pod 期望信息
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: security
                operator: In
                values:
                - S1
            topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: security
                  operator: In
                  values:
                  - S2
              topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
      containers: # pod 的容器
      - image: nginx:1.20 # 镜像
        imagePullPolicy: IfNotPresent # 拉取策略
        name: nginx # 容器名称
        resources:
          limits:
            cpu: 200m
            memory: 128Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 128Mi
      restartPolicy: Always # 重启策略
      terminationGracePeriodSeconds: 30 # 删除操作最多宽限多长时间


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3.4.2 创建这个deploy

[root@k8s-master affinity]# kubectl create -f nginx-affinity-deploy.yaml
deployment.apps/nginx-deploy-test created

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3.4.3 查看这个pod信息

在这里插入图片描述

  • 正常按照调度规则是s1所在的node上，新的这个亲和力的pod应该被创建到和s1相同的节点上，但是目前这个创建是不一样的。
  • 可能原因：

在这里插入图片描述

3.5 删除目前不使用的资源后重复以上3.2-3.4的操作过程后

  • 复现了我们设置的亲和力规则，新创建的资源匹配到 security=S1,两个资源所在的节点都是同一个节点。
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