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Kubernetes Pod 调度

在 Kubernetes 中，Pod 是最小的可部署单元，而 Pod 调度则是将 Pod 分配到集群中合适节点的过程。调度器（Scheduler）是 Kubernetes 的核心组件之一，负责根据资源需求、节点状态和调度策略，将 Pod 分配到最佳节点上运行。本文将详细介绍 Kubernetes Pod 调度的基本概念、工作原理以及实际应用场景。

什么是 Pod 调度？​

Pod 调度是 Kubernetes 中决定 Pod 在哪个节点上运行的过程。调度器会根据 Pod 的资源需求（如 CPU、内存）、节点状态（如可用资源、污点和容忍度）以及用户定义的调度策略（如亲和性和反亲和性）来做出决策。

备注

调度器不会直接与节点通信，而是通过 API Server 获取节点信息并更新 Pod 的状态。

调度器的工作原理​

Kubernetes 调度器的工作流程可以分为以下几个步骤：

  1. 过滤（Filtering）：调度器首先会过滤掉不符合 Pod 需求的节点。例如，如果 Pod 需要 4GB 内存，而某个节点只有 2GB 可用内存，则该节点会被过滤掉。
  2. 评分（Scoring）：在过滤后的节点列表中，调度器会为每个节点打分。分数越高，节点越适合运行该 Pod。评分标准包括资源利用率、亲和性规则等。
  3. 绑定（Binding）：调度器选择分数最高的节点，并将 Pod 绑定到该节点上。

调度策略​

Kubernetes 提供了多种调度策略，帮助用户更精细地控制 Pod 的调度行为。以下是一些常见的调度策略：

1. 节点亲和性（Node Affinity）​

节点亲和性允许用户指定 Pod 应该调度到哪些节点上。例如，可以要求 Pod 只在具有特定标签的节点上运行。

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disktype
            operator: In
            values:
            - ssd
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
提示

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 表示在调度时必须满足的条件，但在 Pod 运行期间即使条件不再满足，也不会重新调度。

2. Pod 亲和性与反亲和性（Pod Affinity/Anti-Affinity）​

Pod 亲和性允许用户指定 Pod 应该与哪些其他 Pod 运行在同一个节点上，而反亲和性则要求 Pod 不应该与某些 Pod 运行在同一个节点上。

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-affinity
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - web
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

3. 污点和容忍度（Taints and Tolerations）​

污点是节点上的一个属性，用于排斥某些 Pod。只有具有相应容忍度的 Pod 才能调度到该节点上。

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: toleration-pod
spec:
  tolerations:
  - key: "key1"
    operator: "Equal"
    value: "value1"
    effect: "NoSchedule"
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
警告

污点的 effect 可以是 NoSchedule（不调度）、PreferNoSchedule（尽量不调度）或 NoExecute（驱逐已运行的 Pod）。

实际案例​

案例 1：将 Pod 调度到特定区域的节点​

假设你有一个跨多个区域的 Kubernetes 集群，并且希望将某个 Pod 调度到特定区域的节点上。你可以使用节点亲和性来实现：

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: regional-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: topology.kubernetes.io/zone
            operator: In
            values:
            - us-west-2a
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

案例 2：避免将 Pod 调度到同一节点​

如果你希望确保两个 Pod 不会运行在同一个节点上，可以使用 Pod 反亲和性：

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: anti-affinity-pod
spec:
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - web
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

总结​

Kubernetes Pod 调度是一个复杂但强大的功能，它允许用户通过多种策略来控制 Pod 的部署位置。通过理解调度器的工作原理以及如何使用节点亲和性、Pod 亲和性、污点和容忍度等策略，你可以更好地优化集群的资源利用率，并确保应用程序的高可用性。

附加资源与练习​

  • 官方文档：Kubernetes 调度器
  • 练习：尝试在一个多节点的 Kubernetes 集群中，使用节点亲和性和 Pod 反亲和性来部署一组 Pod，并观察它们的调度行为。
注意

在实际生产环境中，请谨慎使用调度策略，避免因过度限制而导致 Pod 无法调度。