K8S调度之Taints and Tolerations

Posted 2023-02-17 时代广场的蟋蟀

K8S调度之Taints and Tolerations

• 一、污点和容忍概述
• • 1、概念
  • 2、基本用法
  • 3、effect说明
  • 4、配置
  • 5、示例
• 二、节点亲和
• • 1、概念
  • 2、官网案例

一、污点和容忍概述

1、概念

K8S官方关于Taints and Tolerations概述
Taints和Tolerations和搭配使用的，Taints定义在Node节点上，声明污点及标准行为，Tolerations定义在Pod，声明可接受得污点。
在《K8S之节点亲和性》中，我们说到的的NodeAffinity节点亲和性，是在pod上定义的一种属性，使得Pod能够被调度到某些node上运行。Taint刚好相反，它让Node拒绝Pod的运行。
Taint需要与Toleration配合使用，让pod避开那些不合适的node。在node上设置一个或多个Taint后，除非pod明确声明能够容忍这些“污点”，否则无法在这些node上运行。Toleration是pod的属性，让pod能够（注意，只是能够，而非必须）运行在标注了Taint的node上。

污点
更新一个或多个节点上的污点。
污点由键、值和效果组成。作为这里的参数，它表示为 key=value:effect。
密钥必须以字母或数字开头，并且可以包含字母、数字、连字符、点和下划线，最多 253 个字符。
或者，密钥可以以 DNS 子域前缀和单个“/”开头，例如 example.com/my-app。
该值是可选的。如果给出，它必须以字母或数字开头，并且可以包含字母、数字、连字符、点和下划线，最多 63 个字符。
效果必须是 NoSchedule、PreferNoSchedule 或 NoExecute。
目前污点只能应用于节点。

2、基本用法

设置污点：

    kubectl taint node [node] key=value[effect]   
          其中[effect] 可取值： [ NoSchedule | PreferNoSchedule | NoExecute ]
           NoSchedule ：一定不能被调度。
           PreferNoSchedule：尽量不要调度。
           NoExecute：不仅不会调度，还会驱逐Node上已有的Pod。
    #示例：
      kubectl taint node 10.3.1.16 test=16:NoSchedule  

去除污点：

    #比如设置污点：
     kubectl taint node 10.3.1.16 test=16:NoSchedule
     kubectl taint node 10.3.1.16 test=16:NoExecute
     
    #去除指定key及其effect：
     kubectl taint nodes node_name key:[effect]-    #(这里的key不用指定value)
                
    #去除指定key所有的effect: 
     kubectl taint nodes node_name key-
    
    #示例：
     kubectl taint node 10.3.1.16 test:NoSchedule-
     kubectl taint node 10.3.1.16 test:NoExecute-
     kubectl taint node 10.3.1.16 test-

下面是一个简单的示例：

在node1上加一个Taint，该Taint的键为key，值为value，Taint的效果是NoSchedule。这意味着除非pod明确声明可以容忍这个Taint，否则就不会被调度到node1上:

kubectl taint nodes node1  key=value:NoSchedule

然后需要在pod上声明Toleration。下面的Toleration设置为可以容忍具有该Taint的Node，使得pod能够被调度到node1上：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-taints
spec:
  tolerations:
  - key: "key"
    operator: "Equal"
    value: "value"
    effect: "NoSchedule"
  containers:
    - name: pod-taints
      image: busybox:latest

也可以写成如下：
tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"
  effect: "NoSchedule"

pod的Toleration声明中的key和effect需要与Taint的设置保持一致，并且满足以下条件之一：
operator的值为Exists，这时无需指定value
operator的值为Equal并且value相等
如果不指定operator，则默认值为Equal。
另外还有如下两个特例：
空的key配合Exists操作符能够匹配所有的键和值
空的effect匹配所有的effect

Update node 'foo' with a taint with key 'dedicated' and value 'special-user' and effect 'NoSchedule' # 如果已经存在具有该键和效果的污点，则按指定替换其值

kubectl taint nodes foo dedicated=special-user:NoSchedule
从节点 'foo' 中删除键为 'dedicated' 的污点，如果存在则影响 'NoSchedule'

kubectl taint nodes foo dedicated:NoSchedule-
从节点 'foo' 中删除所有带有键 'dedicated' 的污点

kubectl taint nodes foo dedicated-
在标签为 mylabel=X 的节点上添加带有键 'dedicated' 的污点

kubectl taint node -l myLabel=X  dedicated=foo:PreferNoSchedule
向节点 'foo' 添加一个带有键 'bar' 且没有值的污点

kubectl taint nodes foo bar:NoSchedule

3、effect说明

上面的例子中effect的取值为NoSchedule，下面对effect的值作下简单说明：
NoSchedule： 如果一个pod没有声明容忍这个Taint，则系统不会把该Pod调度到有这个Taint的node上
PreferNoSchedule：NoSchedule的软限制版本，如果一个Pod没有声明容忍这个Taint，则系统会尽量避免把这个pod调度到这一节点上去，但不是强制的。
NoExecute：定义pod的驱逐行为，以应对节点故障。NoExecute这个Taint效果对节点上正在运行的pod有以下影响：
没有设置Toleration的Pod会被立刻驱逐
配置了对应Toleration的pod，如果没有为tolerationSeconds赋值，则会一直留在这一节点中
配置了对应Toleration的pod且指定了tolerationSeconds值，则会在指定时间后驱逐
从kubernetes 1.6版本开始引入了一个alpha版本的功能，即把节点故障标记为Taint（目前只针对node unreachable及node not ready，相应的NodeCondition "Ready"的值为Unknown和False）。激活TaintBasedEvictions功能后（在–feature-gates参数中加入TaintBasedEvictions=true），NodeController会自动为Node设置Taint，而状态为"Ready"的Node上之前设置过的普通驱逐逻辑将会被禁用。注意，在节点故障情况下，为了保持现存的pod驱逐的限速设置，系统将会以限速的模式逐步给node设置Taint，这就能防止在一些特定情况下（比如master暂时失联）造成的大量pod被驱逐的后果。这一功能兼容于tolerationSeconds，允许pod定义节点故障时持续多久才被逐出。

4、配置

多污点与多容忍配置
系统允许在同一个node上设置多个taint，也可以在pod上设置多个Toleration。Kubernetes调度器处理多个Taint和Toleration能够匹配的部分，剩下的没有忽略掉的Taint就是对Pod的效果了。下面是几种特殊情况：
如果剩余的Taint中存在effect=NoSchedule，则调度器不会把该pod调度到这一节点上。
如果剩余的Taint中没有NoSchedule的效果，但是有PreferNoSchedule效果，则调度器会尝试不会pod指派给这个节点
如果剩余Taint的效果有NoExecute的，并且这个pod已经在该节点运行，则会被驱逐；如果没有在该节点运行，也不会再被调度到该节点上。

kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoExecute
kubectl taint nodes node1 key2=value2:NoSchedule

5、示例

诊断报错
NODE_WITH_INTOLERABLE_TAINT/所有满足nodeSelector的节点均存在pod无法容忍的污点
查看pod处于pending状态
查看events事件报错没有合适的node可以调度

kubectl get pod
kubectl get nodes -o=custom-columns=NodeName:.metadata.name,TaintKey:.spec.taints[*].key,TaintValue:.spec.taints[*].value,TaintEffect:.spec.taints[*].effect

kubectl describe po pod_name

kubectl get node
kubectl get node node_name -o go-template --template='.spec.taints'
kubectl taint node node_name key:effect-

再次查看pod

二、节点亲和

1、概念

Node Affinity
Affinity 翻译成中文是“亲和性”，它对应的是 Anti-Affinity，我们翻译成“互斥”。这两个词比较形象，可以把 pod 选择 node 的过程类比成磁铁的吸引和互斥，不同的是除了简单的正负极之外，pod 和 node 的吸引和互斥是可以灵活配置的。
Affinity的优点：
匹配有更多的逻辑组合，不只是字符串的完全相等
调度分成软策略(soft)和硬策略(hard)，在软策略下，如果没有满足调度条件的节点，pod会忽略这条规则，继续完成调度。
目前主要的node affinity：
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
表示pod必须部署到满足条件的节点上，如果没有满足条件的节点，就不停重试。其中IgnoreDuringExecution表示pod部署之后运行的时候，如果节点标签发生了变化，不再满足pod指定的条件，pod也会继续运行。
requiredDuringSchedulingRequiredDuringExecution
表示pod必须部署到满足条件的节点上，如果没有满足条件的节点，就不停重试。其中RequiredDuringExecution表示pod部署之后运行的时候，如果节点标签发生了变化，不再满足pod指定的条件，则重新选择符合要求的节点。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
表示优先部署到满足条件的节点上，如果没有满足条件的节点，就忽略这些条件，按照正常逻辑部署。
preferredDuringSchedulingRequiredDuringExecution
表示优先部署到满足条件的节点上，如果没有满足条件的节点，就忽略这些条件，按照正常逻辑部署。其中RequiredDuringExecution表示如果后面节点标签发生了变化，满足了条件，则重新调度到满足条件的节点
软策略和硬策略的区分是有用处的，硬策略适用于 pod 必须运行在某种节点，否则会出现问题的情况，比如集群中节点的架构不同，而运行的服务必须依赖某种架构提供的功能；软策略不同，它适用于满不满足条件都能工作，但是满足条件更好的情况，比如服务最好运行在某个区域，减少网络传输等。这种区分是用户的具体需求决定的，并没有绝对的技术依赖。

2、官网案例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/e2e-az-name
            operator: In
            values:
            - e2e-az1
            - e2e-az2
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: another-node-label-key
            operator: In
            values:
            - another-node-label-value
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: gcr.io/google_containers/pause:2.0

这个 pod 同时定义了 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 和 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 两种 nodeAffinity。第一个要求 pod 运行在特定 AZ 的节点上，第二个希望节点最好有对应的 another-node-label-key:another-node-label-value 标签。

这里的匹配逻辑是label在某个列表中，可选的操作符有：
In: label的值在某个列表中
NotIn：label的值不在某个列表中
Exists：某个label存在
DoesNotExist：某个label不存在
Gt：label的值大于某个值（字符串比较）
Lt：label的值小于某个值（字符串比较）
如果nodeAffinity中nodeSelector有多个选项，节点满足任何一个条件即可；如果matchExpressions有多个选项，则节点必须同时满足这些选项才能运行pod 。
需要说明的是，node并没有anti-affinity这种东西，因为NotIn和DoesNotExist能提供类似的功能。