关于后端:Kubernetes亲和性学习笔记

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本篇概览

• 本文是欣宸在学习 Kubernetes 调度器的过程中，对亲和性相干知识点的整顿和总结，这是一篇笔记性质的博客

  kubernetes 默认调度器的调度过程：

• 调度过程如下：
• 预选（Predicates）
• 优选（Priorities）
• 选定（Select）

亲和性一览

• 这里将亲和性先分类，便于了解

  graph LR
  
  A(亲和性)-->B1(节点亲和性);
  A-->B2(Pod 亲和性);
  B1-->C1(硬亲和性 -required);
  B1-->C2(软亲和性 -preferred);
  B2-->C3(硬亲和性 -required);
  B2-->C4(软亲和性 -preferred);
  B2-->C5(反亲和性);

  节点亲和性和 pod 亲和性的区别

• 举个例子，假如给小明调配班级（小明是 pod，班级是节点）

1. 节点亲和性：间接通知小明，你去一年级
2. pod 亲和性：从小朋友中找出和小明同年的，找到了小张，发现小张是一年级的，于是让小明去一年级

节点亲和性：硬亲和性

• requiredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution：用于定义节点硬亲和性
• nodeSelectorTerm：节点选择器，能够有多个，之间的关系是 <font color=”red”> 逻辑或 </font>，即一个 nodeSelectorTerm 满足即可
• matchExpressions：匹配规定定义，多个之间的关系是 <font color=”red”> 逻辑与 </font>，即同一个 nodeSelectorTerm 下所有 matchExpressions 定义的规定都匹配，才算匹配胜利

• 示例：

  apiVersion: v1
  kind: Pod
  metadata:
  name: with-required-nodeaffinity
  spec:
  affinity:
    nodeAffinity: 
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - {key: zone, operator: In, values: ["foo"]}
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

• 性能与 <font color=”blue”>nodeSelector</font> 相似，用的是匹配表达式，能够被了解为 <font color=”red”> 新一代节点选择器 </font>
• 不满足硬亲和性条件时，pod 为 Pending 状态
• 在预选阶段，节点硬亲和性被用于预选策略 <font color=”blue”>MatchNodeSelector</font>

节点亲和性：软亲和性

• 特点：条件不满足时也能被调度

• 示例：

  apiVersion: apps/v1
  kind: Deployment
  metadata:
  name: myapp-deploy-with-node-affinity
  spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      name: nginx
      labels:
        app: nginx
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 60
            preference:
              matchExpressions:
              - {key: zone, operator: In, values: ["foo"]}
          - weight: 30
            preference:
              matchExpressions:
              - {key: ssd, operator: Exists, values: []}
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

• 集群中的节点，因为标签不同，导致的优先级后果如下：

• 在优选阶段，节点软亲和性被用于优选函数 <font color=”blue”>NodeAffinityPriority</font>
• 留神：NodeAffinityPriority<font color=”red”> 并非决定性因素 </font>，因为优选阶段还会调用其余优选函数，例如 <font color=”blue”>SelectorSpreadPriority</font>（将 pod 扩散到不同节点以扩散节点故障导致的危险）
• pod 正本数减少时，散布的比率会参考节点亲和性的权重

Pod 亲和性（podAffinity）

• 如果需要是：新增的 pod 要和曾经存在 pod(假如是 A) 在同一 node 上，此时用节点亲和性是无奈实现的，因为 A 可能和节点没啥关系 (可能是随机调度的)，此时只能用 pod 亲和性来实现
• pod 亲和性：一个 pod 与曾经存在的某个 pod 的亲和关系，须要通过举例来说明

1. 创立一个 deployment，这个 pod 有标签 <font color=”blue”>app=tomcat</font>：

kubectl run tomcat -l app=tomcat --image tomcat:alpine

2. 创立 pod，需要是 <font color=”blue”> 和后面的 pod 在一起 </font>，应用 pod 亲和性来实现：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-pod-affinity-1
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - {key: app, operator: In, values: ["tomcat"]}
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

3. 调度逻辑：

graph TD

A[1. 用 matchExpressions 的规定 app=tomcat 搜寻] -->B(2. 找到 tomcat 的 pod, 也就确定了该 pod 的节点, 假如是 A 节点)
B --> C(3. topologyKey 是 kubernetes.io/hostname, 所以去找 A 节点 kubernetes.io/hostname 标签的值, 假如是 xxx)
C --> D(4. 将新的 pod 调度到 kubernetes.io/hostname=xxx 的节点)

4. 外表上看，最终只是依据 hostname 去调度的，但如果 topologyKey 的值是多个节点所领有的，就更有通用性了，如下图，topologyKey 等于 filure-domain.beta.kubernetes.io/zone：

• 硬亲和：requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

• 软亲和：preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

  Pod 反亲和（podAntiAffinity）

• 与亲和性相同，将以后 pod 调度到满足匹配条件之外的节点上
• 实用场景：
• 扩散同一类利用
• 将不同安全级别的 pod 调度至不同节点
• 示例如下，匹配表达式和本身标签统一，作用是扩散同一类利用，让雷同 pod 不要调度到同一个节点：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-with-pod-anti-affinity
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      name: myapp
      labels:
        app: myapp
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - {key: app, operator: In, values: ["myapp"]}
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

• 如果集群中只有三个节点，那么执行上述 yaml 的后果就是最多创立三个 pod，另一个始终处于 pending 状态

  参考

• 本篇笔记参考了以下文章，两张图片也来自该文章，致敬作者 <font color=”blue”> 山山仙人博客 </font>
• https://www.ssgeek.com/post/kubernetes-pod-diao-du-zhi-qin-he…

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