标签：node kubectl 调度 Node 集群 Pod K8S 节点 pod

K8S集群调度

K8S的watch机制

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。

用户是通过 kubectl 根据配置文件，向 APIServer 发送命令，在 Node 节点上面建立 Pod 和 Container。
APIServer 经过 API 调用，权限控制，调用资源和存储资源的过程，实际上还没有真正开始部署应用。这里    需要 Controller Manager、Scheduler 和 kubelet 的协助才能完成整个部署过程。

在 Kubernetes 中，所有部署的信息都会写到 etcd 中保存。实际上 etcd 在存储部署信息的时候，会发送 Create 事件给 APIServer，而 APIServer 会通过监听（Watch）etcd 发过来的事件。其他组件也会监听（Watch）APIServer 发出来的事件。

Pod 是 Kubernetes 的基础单元，Pod 启动典型创建过程如下：
（1）这里有三个 List-Watch，分别是 Controller Manager（运行在 Master），Scheduler（运行在 Master），kubelet（运行在 Node）。 他们在进程已启动就会监听（Watch）APIServer 发出来的事件。

（2）用户通过 kubectl 或其他 API 客户端提交请求给 APIServer 来建立一个 Pod 对象副本。

（3）APIServer 尝试着将 Pod 对象的相关元信息存入 etcd 中，待写入操作执行完成，APIServer 即会返回确认信息至客户端。

（4）当 etcd 接受创建 Pod 信息以后，会发送一个 Create 事件给 APIServer。

（5）由于 Controller Manager 一直在监听（Watch，通过https的6443端口）APIServer 中的事件。此时 APIServer 接受到了 Create 事件，又会发送给 Controller Manager。

（6）Controller Manager 在接到 Create 事件以后，调用其中的 Replication Controller 来保证 Node 上面需要创建的副本数量。一旦副本数量少于 RC 中定义的数量，RC 会自动创建副本。总之它是保证副本数量的 Controller（PS：扩容缩容的担当）。

（7）在 Controller Manager 创建 Pod 副本以后，APIServer 会在 etcd 中记录这个 Pod 的详细信息。例如 Pod 的副本数，Container 的内容是什么。

（8）同样的 etcd 会将创建 Pod 的信息通过事件发送给 APIServer。

（9）由于 Scheduler 在监听（Watch）APIServer，并且它在系统中起到了“承上启下”的作用，“承上”是指它负责接收创建的 Pod 事件，为其安排 Node；“启下”是指安置工作完成后，Node 上的 kubelet 进程会接管后继工作，负责 Pod 生命周期中的“下半生”。 换句话说，Scheduler 的作用是将待调度的 Pod 按照调度算法和策略绑定到集群中 Node 上。

（10）Scheduler 调度完毕以后会更新 Pod 的信息，此时的信息更加丰富了。除了知道 Pod 的副本数量，副本内容。还知道部署到哪个 Node 上面了。并将上面的 Pod 信息更新至 API Server，由 APIServer 更新至 etcd 中，保存起来。

（11）etcd 将更新成功的事件发送给 APIServer，APIServer 也开始反映此 Pod 对象的调度结果。

（12）kubelet 是在 Node 上面运行的进程，它也通过 List-Watch 的方式监听（Watch，通过https的6443端口）APIServer 发送的 Pod 更新的事件。kubelet 会尝试在当前节点上调用 Docker 启动容器，并将 Pod 以及容器的结果状态回送至 APIServer。

（13）APIServer 将 Pod 状态信息存入 etcd 中。在 etcd 确认写入操作成功完成后，APIServer将确认信息发送至相关的 kubelet，事件将通过它被接受。

#注意：在创建 Pod 的工作就已经完成了后，为什么 kubelet 还要一直监听呢？原因很简单，假设这个时候 kubectl 发命令，要扩充 Pod 副本数量，那么上面的流程又会触发一遍，kubelet 会根据最新的 Pod 的部署情况调整 Node 的资源。又或者 Pod 副本数量没有发生变化，但是其中的镜像文件升级了，kubelet 也会自动获取最新的镜像文件并且加载。

 

 

controller manager以及scheduler、kubelet组件会通过list-watch机制持续监听apiserver的事件，apiserver会通过list-watch机制监听etcd的事件

 

scheduler的调度策略

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：
●公平：如何保证每个节点都能被分配资源
●资源高效利用：集群所有资源最大化被使用
●效率：调度的性能要好，能够尽快地对大批量的 pod 完成调度工作
●灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑

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

●PodFitsResources：节点上剩余的资源是否大于 pod 请求的资源。
●PodFitsHost：如果 pod 指定了 NodeName，检查节点名称是否和 NodeName 匹配。
●PodFitsHostPorts：节点上已经使用的 port 是否和 pod 申请的 port 冲突。
●PodSelectorMatches：过滤掉和 pod 指定的 label 不匹配的节点。
●NoDiskConflict：已经 mount 的 volume 和 pod 指定的 volume 不冲突，除非它们都是只读。

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。

 

priorities（优选策略）常见的算法有

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：
●LeastRequestedPriority：通过计算CPU和Memory的使用率来决定权重，使用率越低权重越高。也就是说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点。
●BalancedResourceAllocation：节点上 CPU 和 Memory 使用率越接近，权重越高。这个一般和上面的一起使用，不单独使用。比如 node01 的 CPU 和 Memory 使用率 20:60，node02 的 CPU 和 Memory 使用率 50:50，虽然 node01 的总使用率比 node02 低，但 node02 的 CPU 和 Memory 使用率更接近，从而调度时会优选 node02。
●ImageLocalityPriority：倾向于已经有要使用镜像的节点，镜像总大小值越大，权重越高。

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。

 

K8S的标签管理

##增加标签
kubectl label -n 命名空间 资源类型  资源名称 标签键名=键值
 
##删除标签
kubectl label -n 命名空间 资源类型  资源名称 标签键名-（减号不能忽略）
 
##修改标签
kubectl label -n 命名空间 资源类型  资源名称 标签键名=新的键值 --overwrite
 
##查询标签
kubectl get -n 命名空间 资源类型 --show-label [-l 标签键名]或[-l 标签键名=键值]（筛选）

 

 

 

 

 

 

K8S将POD调度到指定node的方法

一、指定nodeName

 

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      nodeName: node01 #指定了nodeName为node01节点
      containers:
      - name: myapp
        image: soscscs/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80

 

 

 

 

 

二、指定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

 

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp1
    spec:
      nodeSelector:
            test: host02   #指定调度到拥有这个标签的node节点上
      containers:
      - name: myapp1
        image: soscscs/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80

 

 

 

 

 #发现node01和node02都有该标签，所以Pod都可以被调度到这两个node节点

 

 

 

 

 

现在我没有这个test=host02标签的node节点，验证是否会都处于pending状态

 

 

关于nodeName和nodeSelector字段分析

 

 nodeName只能指定单个node节点，nodeSelector可以指定有相同标签的多个node节点

k8s的三大亲和性（灵活将pod调度到node的方法）

K8S集群的亲和性
https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node/

 

三大亲和性

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

节点亲和性(nodeAffinity): 匹配指定node节点的标签，将带部署的Pod调度到满足条件的node节点上

Pod亲和性(podAffinity):匹配指定Pod的标签，将待部署的Pod调度到与指定Pod所在的node节点处于同一个拓扑域的node节点上。
如果有多个node节点属于同一个拓扑域，通过Pod亲和性部署Pod时，scheduler会视图将Pod均衡的调度到处于同一个拓扑域的node节点上

Pod反亲和性(podAntiAffinity): 匹配指定Pod的标签，将待部署的Pod调度到与指定Pod所在的node节点处于不同的拓扑域的node节点上。
如果有多个node节点不属于同一个拓扑域，通过Pod反亲和性部署Pod时，scheduler会视图将Pod均衡的调度到不处于同一个拓扑域的node节点上

键值运算关系

●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

承接上k8s的将pod调度到指定node的方法

node亲和性

 首先 关于应策略测试，为强制满足才行

 

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: #硬限制
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: app            #指定node的标签
            operator: NotIn     #设置Pod安装到app的标签值不在values列表中的node上
            values:
            - new

 #如果硬策略不满足条件，Pod 状态一直会处于 Pending 状态

kubectl delete pod --all && kubectl apply -f kele01.yaml && kubectl get pods -o wide

 

关于 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软策略

 

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: #软策略
      - weight: 1   #如果有多个软策略选项的话，权重越大，优先级越高,范围是1-100
        preference:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: NotIn
            values:
            - new

 

 

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

 

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app标签的节点
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: app
            operator: NotIn
            values:
            - new
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  #再满足软策略，优先选择有test=host01标签的节点
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: test
            operator: In
            values:
            - host01

 

 

 

 

pod亲和性

调度策略	匹配标签	操作符	拓扑域支持	调度目标
nodeAffinity	主机	n, NotIn, Exists,DoesNotExist, Gt, Lt	否	指定主机
podAffinity	Pod	In, NotIn, Exists,DoesNotExist	是	Pod与指定Pod同一拓扑域
podAntiAffinity	Pod	In, NotIn, Exists,DoesNotExist	是	Pod与指定Pod不在同一拓扑域

 

硬策略

 

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp02
  labels:
    app: myapp02
spec:
  containers:
  - name: myapp02
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬策略
      - labelSelector:
          matchExpressions:  #首先需要匹配到指定的pod标签
          - key: appname
            operator: In
            values:
            - nginx
        topologyKey: test
#拓扑域键位test，拥有appname=nginx的pod在node01节点上，node01的test标签键值为host01
##也就是说，拥有test=host01的node节点在同一拓扑域！！

 

 

 

 

#仅当节点和至少一个已运行且有键为“appname”且值为“nginx”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 test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 test 和值为 V 的节点正在运行具有键“appname”和值 “nginx”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test=host02 的 Node 上，Pod2 在 test=host01 的 Node 上，Pod3 在 test=host02 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

 

节点反亲和性

 

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: myapp10
  labels:
    app: myapp10
spec:
  containers:
  - name: myapp10
    image: soscscs/myapp:v1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #软限制
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: appname   #匹配有appname=nginx的pod，当前只有node01节点有
              operator: In
              values:
              - nginx
          topologyKey: test 
#需要与node01上的节点test=host01相同标签的node节点为同一拓扑域,那么node01和node02都是同一拓扑域
#但是pod反亲和要求，不能在同一拓扑域。也就是说没有满足条件的node节点

 

 #软限制，就算没有满足条件的node节点，依然会调度创建Pod

 

污点(Taint) 和 容忍(Tolerations)

污点(Taint) 
节点亲和性，是Pod的一种属性（偏好或硬性要求），它使Pod被吸引到一类特定的节点。Taint 则相反，它使节点能够排斥一类特定的 Pod。
Taint 和 Toleration 相互配合，可以用来避免 Pod 被分配到不合适的节点上。每个节点上都可以应用一个或多个 taint ，这表示对于那些不能容忍这些 taint 的 Pod，是不会被该节点接受的。如果将 toleration 应用于 Pod 上，则表示这些 Pod 可以（但不一定）被调度到具有匹配 taint 的节点上。

使用 kubectl taint 命令可以给某个 Node 节点设置污点，Node 被设置上污点之后就和 Pod 之间存在了一种相斥的关系，可以让 Node 拒绝 Pod 的调度执行，甚至将 Node 已经存在的 Pod 驱逐出去。

污点的组成格式如下：
key=value:effect

每个污点有一个 key 和 value 作为污点的标签，其中 value 可以为空，effect 描述污点的作用。

当前 taint effect 支持如下三个选项：
●NoSchedule：表示 k8s 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上
●PreferNoSchedule：表示 k8s 将尽量避免将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上
●NoExecute：表示 k8s 将不会将 Pod 调度到具有该污点的 Node 上，同时会将 Node 上已经存在的 Pod 驱逐出去

 

 

kubectl describe nodes node01|grep -A2 -i taint

 

 

kubectl taint node node01 check:NoSchedule
#增加污点

 

 #增加污点

 

kubectl taint node node01 check:NoExecute
#增加污点

kubectl describe nodes node01|grep -i taint
#查看污点

kubectl describe nodes node01|grep -A2 -i taint

 

 

 

kubectl taint node node01 check:PreferNoSchedule --overwrite
#增加污点    overwrite覆盖

kubectl describe nodes node01|grep -A2 -i taint

 

 

kubectl taint node node01 check:PreferNoSchedule-
#删除污点

 #kubectl taint node node01 check:NoExecute-

 

验证污点的作用——NoExecute

 

kubectl create deployment kkk  --image=soscscs/myapp:v1 --port=80 --replicas=5

 #给node02节点添加污点为NoExecute，会不允许新的pod调度到该node还会自动驱逐运行中的pod

 

 

 #给node01也加入污点

kubectl taint node node01 check=no:NoExecute

 

 

 

 验证污点的作用——NoSchedule

 

#给node02节点加上污点

kubectl taint node node02 check:NoSchedule  #node01节点添加污点


kubectl describe nodes node01 node02 | grep -i taint

 

 

 

 

容忍

设置了污点的 Node 将根据 taint 的 effect:NoSchedule、PreferNoSchedule、NoExecute 和 Pod 之间产生互斥的关系，Pod 将在一定程度上不会被调度到 Node 上。但我们可以在 Pod 上设置容忍(Tolerations)，意思是设置了容忍的 Pod 将可以容忍污点的存在，可以被调度到存在污点的 Node 上。

 

 

#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

 

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: "no"
    effect: "NoExecute"
    tolerationSeconds: 3600

 

 

kubectl taint node node01 check=no:NoExecute


kubectl describe nodes node01 node02 | grep -i taint

 

 

//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-

 

 

关于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

 

cordon

 

kubectl taint node node01 check=no:NoExecute-


kubectl taint node node02 check=no:NoSchedule-

kubectl describe nodes node01 node02 | grep -i taint

 

 

 

 #此时POD指挥调度到node02节点

 

drain

//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。

 

 

 

kubectl drain node02 --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data --force

 

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

 

 

Pod启动阶段

第一步：controller manager管理的控制器创建pod副本

第二步：scheduler调度器根据调度算法选择最合适的node节点调度pod

第三步：kubelet拉取镜像

第四步：kubelet挂载存储卷

第五步：kubelet创建并运行容器

第六步：kubelet根据容器探针的探测结果设置Pod状态

 

关于pod的五种状态

Pending：Pod已经创建，但是Pod还处于包括未完成调度到node节点或者还处于在拉取镜像的过程中、存储卷挂载失败的情况
Running：Pod所有容器已被创建，且至少有一个容器正在运行
Succeeded：Pod所有容器都已经成功退出，且不再重启。（Completed）
Failed：Pod所有容器都已经退出，且至少有一个容器是异常退出的。（Error）
Unknown：master节点的controller manager无法获取到Pod的状态信息，通常是因为master节点的apiserver与Pod所在node节点的kubelet通信失联导致的（比如node节点宕机或kubelet进程故障）

总结：Pod遵循预定于的生命周期，起始于Pend阶段，如果至少有一个容器正常运行，则进Running阶段，之后取决于Pod是否有容器以失败状态退出而进入Succeeded或Failed阶段。

 

k8s常见的排障手段

针对组件故障

kubectl get nodes                               查看node节点运行状态
kubectl describe nodes <node节点名称>           查看node节点的详细信息和资源描述
kubectl get cs                                  查看master组件的健康状态
kubectl cluster-info                            查看集群信息
 
journalctl -u -f kubelet                        跟踪查看kubelet进程日志

 

针对pod故障

kubectl get pods -o wide                          查看Pod的运行状态和就绪状态
kubectl describe <pods|其它资源类型> <资源名称>   查看资源的详细信息和事件描述，主要是针对处于Pending状态的故障
kubectl logs <Pod资源名称> -c <容器名称> -f -p    查看Pod容器的主进程日志，主要是针对进入Running状态后的故障，比如Failed异常问题
kubectl exec -it <Pod资源名称> -c <容器名称> sh|bash   进入Pod容器查看容器内部相关的状态信息，比如进程、端口、文件、流量等状态信息
kubectl debug -it <Pod资源名称> --image=<临时工具容器的镜像名> --target=<目标容器>    在Pod中创建临时工具容器进入目标容器进行调试，主要针对没有调试工具的容器使用
nsenter -n --target <容器ID>                   在Pod容器宿主机使用nsenter转换网络namespace，直接在宿主机进入目标容器的网络命名空间进行抓包等调试工作

 

针对网络故障

kubectl get svc                                查看service资源的clusterIP、port、nodePort等信息
kubectl describe svc <svc资源名称>             查看service资源的标签选择器、endpoints端点等信息
kubectl get pods --show-lables                 查看Pod的标签

 

故障排查流程图

 

标签：node,kubectl,调度,Node,集群,Pod,K8S,节点,pod
From： https://www.cnblogs.com/yanrui07/p/18052768