目录

• 一、调度约束
• • 1.1 POT的创建过程
  • 1.1调度过程
• 二、指定节点调度
• • 2.1 通过标签选择节点
• 三、亲和性
• • 3.1requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略
  • 3.1 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
  • 3.3Pod亲和性与反亲和性
  • 3.4使用 Pod 反亲和性调度
• 四、污点和容忍
• • 4.1 污点(Taint)
  • 4.2容忍(Tolerations)
• 五、Pod启动阶段（相位 phase）
• • 故障排除步骤：

一、调度约束

Kubernetes 是通过 List-Watch 的机制进行每个组件的协作，保持数据同步的，每个组件之间的设计实现了解耦。

1.1 POT的创建过程

1.1调度过程

• Scheduler 是 kubernetes 的调度器，主要的任务是把定义的 pod 分配到集群的节点上。其主要考虑的问题如下：

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

• 调度分为几个部分：首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为预算策略（predicate）；然后对通过的节点按照优先级排序，这个是优选策略（priorities）；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。

Predicate 有一系列的常见的算法可以使用

• 如果在 predicate 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 priorities 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）。有一系列的常见的优先级选项包括：

• 通过算法对所有的优先级项目和权重进行计算，得出最终的结果。

二、指定节点调度

• 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

vim myapp.yaml
apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment  
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      nodeName: node01
      containers:
      - name: myapp
        image: soscscs/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80
		
kubectl apply -f myapp.yaml

kubectl get pods -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-6bc58d7775-6wlpp   1/1     Running   0          14s   10.244.1.25   node01   <none>           <none>
myapp-6bc58d7775-szcvp   1/1     Running   0          14s   10.244.1.26   node01   <none>           <none>
myapp-6bc58d7775-vnxlp   1/1     Running   0          14s   10.244.1.24   node01   <none>           <none>

查看详细事件（发现未经过 scheduler 调度分配）

kubectl describe pod myapp-6bc58d7775-6wlpp
......
 Type    Reason   Age   From             Message
  ----    ------   ----  ----             -------
  Normal  Pulled   95s   kubelet, node01  Container image "soscscs/myapp:v1" already present on machine
  Normal  Created  99s   kubelet, node01  Created container nginx
  Normal  Started  99s   kubelet, node01  Started container nginx

2.1 通过标签选择节点

• 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，然后调度 Pod 到目标节点，该匹配规则属于强制约束

//获取标签帮助
kubectl label --help
Usage:
  kubectl label [--overwrite] (-f FILENAME | TYPE NAME) KEY_1=VAL_1 ... KEY_N=VAL_N [--resource-version=version] [options]

//需要获取 node 上的 NAME 名称
kubectl get node
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   30h   v1.20.11
node01   Ready    <none>   30h   v1.20.11
node02   Ready    <none>   30h   v1.20.11

//给对应的 node 设置标签分别为 kgc=a 和 kgc=b
kubectl label nodes node01 kgc=a

kubectl label nodes node02 kgc=b

//查看标签
kubectl get nodes --show-labels
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
master   Ready    master   30h   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
node01   Ready    <none>   30h   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kgc=a,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node01,kubernetes.io/os=linux
node02   Ready    <none>   30h   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kgc=b,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node02,kubernetes.io/os=linux

//修改成 nodeSelector 调度方式
vim myapp1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment  
metadata:
  name: myapp1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp1
    spec:
      nodeSelector:
	    kgc: a
      containers:
      - name: myapp1
        image: soscscs/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80


kubectl apply -f myapp1.yaml 

kubectl get pods -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp1-58cff4d75-52xm5   1/1     Running   0          24s   10.244.1.29   node01   <none>           <none>
myapp1-58cff4d75-f747q   1/1     Running   0          24s   10.244.1.27   node01   <none>           <none>
myapp1-58cff4d75-kn8gk   1/1     Running   0          24s   10.244.1.28   node01   <none>           <none>

//查看详细事件（通过事件可以发现要先经过 scheduler 调度分配）
kubectl describe pod myapp1-58cff4d75-52xm5
Events:
  Type    Reason     Age   From               Message
  ----    ------     ----  ----               -------
  Normal  Scheduled  57s   default-scheduler  Successfully assigned default/myapp1-58cff4d75-52xm5 to node01
  Normal  Pulled     57s   kubelet, node01    Container image "soscscs/myapp:v1" already present on machine
  Normal  Created    56s   kubelet, node01    Created container myapp1
  Normal  Started    56s   kubelet, node01    Started container myapp1

//修改一个 label 的值，需要加上 --overwrite 参数
kubectl label nodes node02 kgc=a --overwrite

//删除一个 label，只需在命令行最后指定 label 的 key 名并与一个减号相连即可：
kubectl label nodes node02 kgc-

//指定标签查询 node 节点
kubectl get node -l kgc=a

三、亲和性

https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/

（1）节点亲和性

（1）节点亲和性

pod.spec.nodeAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

（2）Pod 亲和性

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity
●preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略
●requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

键值运算关系

kubectl get nodes --show-labels
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION   LABELS
master   Ready    master   11d   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/master=
node01   Ready    <none>   11d   v1.20.11   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>   11d   v1.20.11   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node02,kubernetes.io/os=linux

3.1requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬策略

mkdir /opt/affinity
cd /opt/affinity

vim pod1.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname    #指定node的标签
            operator: NotIn     #设置Pod安装到kubernetes.io/hostname的标签值不在values列表中的node上
            values:
            - node02
			

kubectl apply -f pod1.yaml

kubectl 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

#如果硬策略不满足条件，Pod 状态一直会处于 Pending 状态。

3.1 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

vim pod2.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1   #如果有多个软策略选项的话，权重越大，优先级越高
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: In
            values:
            - node03


kubectl apply -f pod2.yaml

kubectl 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，则会优先在node01上创建Pod
kubectl delete pod --all && kubectl apply -f pod2.yaml && kubectl get pods -o wide

//如果把硬策略和软策略合在一起使用，则要先满足硬策略之后才会满足软策略
//示例：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:   #先满足硬策略，排除有kubernetes.io/hostname=node02标签的节点
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: NotIn
            values:
            - node02
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #再满足软策略，优先选择有kgc=a标签的节点
	  - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: kgc
            operator: In
            values:
            - a

3.3Pod亲和性与反亲和性

kubectl label nodes node01 kgc=a
kubectl label nodes node02 kgc=a

//创建一个标签为 app=myapp01 的 Pod
vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
	

kubectl apply -f pod3.yaml

kubectl 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 亲和性调度，创建多个 Pod 资源
vim pod4.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp02
  labels:
    app: myapp02
spec:
  containers:
  - name: myapp02
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: kgc
		
#仅当节点和至少一个已运行且有键为“app”且值为“myapp01”的标签 的 Pod 处于同一拓扑域时，才可以将该 Pod 调度到节点上。 （更确切的说，如果节点 N 具有带有键 kgc 和某个值 V 的标签，则 Pod 有资格在节点 N 上运行，以便集群中至少有一个具有键 kgc 和值为 V 的节点正在运行具有键“app”和值 “myapp01”的标签的 pod。）
#topologyKey 是节点标签的键。如果两个节点使用此键标记并且具有相同的标签值，则调度器会将这两个节点视为处于同一拓扑域中。 调度器试图在每个拓扑域中放置数量均衡的 Pod。
#如果 kgc 对应的值不一样就是不同的拓扑域。比如 Pod1 在 kgc=a 的 Node 上，Pod2 在 kgc=b 的 Node 上，Pod3 在 kgc=a 的 Node 上，则 Pod2 和 Pod1、Pod3 不在同一个拓扑域，而Pod1 和 Pod3在同一个拓扑域。

kubectl apply -f pod4.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          15m   10.244.1.3   node01   <none>           <none>            app=myapp01
myapp02   1/1     Running   0          8s    10.244.1.4   node01   <none>           <none>            app=myapp02
myapp03   1/1     Running   0          52s   10.244.2.53  node02   <none>           <none>            app=myapp03
myapp04   1/1     Running   0          44s   10.244.1.51  node01   <none>           <none>            app=myapp03
myapp05   1/1     Running   0          38s   10.244.2.54  node02   <none>           <none>            app=myapp03
myapp06   1/1     Running   0          30s   10.244.1.52  node01   <none>           <none>            app=myapp03
myapp07   1/1     Running   0          24s   10.244.2.55  node02   <none>           <none>            app=myapp03

3.4使用 Pod 反亲和性调度

示例1

vim pod5.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp10
  labels:
    app: myapp10
spec:
  containers:
  - name: myapp10
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - myapp01
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

#如果节点处于 Pod 所在的同一拓扑域且具有键“app”和值“myapp01”的标签， 则该 pod 不应将其调度到该节点上。 （如果 topologyKey 为 kubernetes.io/hostname，则意味着当节点和具有键 “app”和值“myapp01”的 Pod 处于相同的拓扑域，Pod 不能被调度到该节点上。）

kubectl apply -f pod5.yaml

kubectl get pods --show-labels -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
myapp01   1/1     Running   0          44m   10.244.1.3   node01   <none>           <none>            app=myapp01
myapp02   1/1     Running   0          29m   10.244.1.4   node01   <none>           <none>            app=myapp02
myapp10   1/1     Running   0          75s   10.244.2.4   node02   <none>           <none>            app=myapp03

示例2：

vim pod6.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp20
  labels:
    app: myapp20
spec:
  containers:
  - name: myapp20
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - myapp01
        topologyKey: kgc
		
//由于指定 Pod 所在的 node01 节点上具有带有键 kgc 和标签值 a 的标签，node02 也有这个kgc=a的标签，所以 node01 和 node02 是在一个拓扑域中，反亲和要求新 Pod 与指定 Pod 不在同一拓扑域，所以新 Pod 没有可用的 node 节点，即为 Pending 状态。
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=myapp03

kubectl label nodes node02 kgc=b --overwrite

kubectl 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

四、污点和容忍

4.1 污点(Taint)

污点的组成格式如下：

key=value:effect

当前 taint effect 支持如下三个选项：

kubectl get nodes
NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION
master   Ready    master   11d   v1.20.11
node01   Ready    <none>   11d   v1.20.11
node02   Ready    <none>   11d   v1.20.11

//master 就是因为有 NoSchedule 污点，k8s 才不会将 Pod 调度到 master 节点上
kubectl describe node master
......
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule


#设置污点
kubectl taint node node01 key1=value1:NoSchedule

#节点说明中，查找 Taints 字段
kubectl describe node node-name  

#去除污点
kubectl taint node node01 key1:NoSchedule-


kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp01   1/1     Running   0          4h28m   10.244.2.3   node02   <none>           <none>
myapp02   1/1     Running   0          4h13m   10.244.2.4   node02   <none>           <none>
myapp03   1/1     Running   0          3h45m   10.244.1.4   node01   <none>           <none>

kubectl taint node node02 check=mycheck:NoExecute

//查看 Pod 状态，会发现 node02 上的 Pod 已经被全部驱逐（注：如果是 Deployment 或者 StatefulSet 资源类型，为了维持副本数量则会在别的 Node 上再创建新的 Pod）
kubectl get pods -o wide
NAME      READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp03   1/1     Running   0          3h48m   10.244.1.4   node01   <none>           <none>

4.2容忍(Tolerations)

kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute

vim pod3.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
	
kubectl apply -f pod3.yaml

//在两个 Node 上都设置了污点后，此时 Pod 将无法创建成功
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: myapp01
  labels:
    app: myapp01
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: soscscs/myapp:v1
  tolerations:
  - key: "check"
    operator: "Equal"
    value: "mycheck"
    effect: "NoExecute"
    tolerationSeconds: 3600
	
#其中的 key、vaule、effect 都要与 Node 上设置的 taint 保持一致
#operator 的值为 Exists 将会忽略 value 值，即存在即可
#tolerationSeconds 用于描述当 Pod 需要被驱逐时可以在 Node 上继续保留运行的时间

kubectl apply -f pod3.yaml

//在设置了容忍之后，Pod 创建成功
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>


//其它注意事项
（1）当不指定 key 值时，表示容忍所有的污点 key
  tolerations:
  - operator: "Exists"
  
（2）当不指定 effect 值时，表示容忍所有的污点作用
  tolerations:
  - key: "key"
    operator: "Exists"

（3）有多个 Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置
kubectl taint node Master-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

//如果某个 Node 更新升级系统组件，为了防止业务长时间中断，可以先在该 Node 设置 NoExecute 污点，把该 Node 上的 Pod 都驱逐出去
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute

//此时如果别的 Node 资源不够用，可临时给 Master 设置 PreferNoSchedule 污点，让 Pod 可在 Master 上临时创建
kubectl taint node master node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

//待所有 Node 的更新操作都完成后，再去除污点
kubectl taint node node01 check=mycheck:NoExecute-


//cordon 和 drain
##对节点执行维护操作：
kubectl get nodes

//将 Node 标记为不可调度的状态，这样就不会让新创建的 Pod 在此 Node 上运行
kubectl cordon <NODE_NAME> 		 #该node将会变为SchedulingDisabled状态

//kubectl drain 可以让 Node 节点开始释放所有 pod，并且不接收新的 pod 进程。drain 本意排水，意思是将出问题的 Node 下的 Pod 转移到其它 Node 下运行
kubectl drain <NODE_NAME> --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data --force

--ignore-daemonsets：无视 DaemonSet 管理下的 Pod。
--delete-emptydir-data：如果有 mount local volume 的 pod，会强制杀掉该 pod。
--force：强制释放不是控制器管理的 Pod。

注：执行 drain 命令，会自动做了两件事情:
（1）设定此 node 为不可调度状态（cordon)
（2）evict（驱逐）了 Pod

//kubectl uncordon 将 Node 标记为可调度的状态
kubectl uncordon <NODE_NAME>

五、Pod启动阶段（相位 phase）

• Pod 创建完之后，一直到持久运行起来，中间有很多步骤，也就有很多出错的可能，因此会有很多不同的状态。

//phase 的可能状态有：

如何删除 Unknown 状态的 Pod ?

故障排除步骤：

//查看Pod事件
kubectl describe TYPE NAME_PREFIX  

//查看Pod日志（Failed状态下）
kubectl logs <POD_NAME> [-c Container_NAME]

//进入Pod（状态为running，但是服务没有提供）
kubectl exec –it <POD_NAME> bash

//查看集群信息
kubectl get nodes

//发现集群状态正常
kubectl cluster-info

//查看kubelet日志发现
journalctl -xefu kubelet