021.掌握Pod-Pod調度策略

来源:https://www.cnblogs.com/itzgr/archive/2019/11/21/11904794.html
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一 Pod生命周期管理 1.1 Pod生命周期 Pod在整個生命周期過程中被系統定義瞭如下各種狀態。 狀態值 描述 Pending API Server已經創建該Pod，且Pod內還有一個或多個容器的鏡像沒有創建，包括正在下載鏡像的過程。 Running Pod內所有容器均已創建，且至少有一個容器處 ...


一 Pod生命周期管理

1.1 Pod生命周期

Pod在整個生命周期過程中被系統定義瞭如下各種狀態。
狀態值 描述
Pending API Server已經創建該Pod，且Pod內還有一個或多個容器的鏡像沒有創建，包括正在下載鏡像的過程。
Running Pod內所有容器均已創建，且至少有一個容器處於運行狀態、正在啟動狀態或正在重啟狀態。
Succeeded Pod內所有容器均成功執行退出，且不會重啟。
Failed Pod內所有容器均已退出，但至少有一個容器退出為失敗狀態。
Unknown 由於某種原因無法獲取該Pod狀態，可能由於網路通信不暢導致。

1.2 Pod重啟策略

Pod重啟策略（RestartPolicy）應用於Pod內的所有容器，並且僅在Pod所處的Node上由kubelet進行判斷和重啟操作。當某個容器異常退出或者健康檢查失敗時，kubelet將根據RestartPolicy的設置來進行相應操作。Pod的重啟策略包括Always、OnFailure和Never，預設值為Always。
  • Always：當容器失效時，由kubelet自動重啟該容器；
  • OnFailure：當容器終止運行且退出碼不為0時，由kubelet自動重啟該容器；
  • Never：不論容器運行狀態如何，kubelet都不會重啟該容器。

       kubelet重啟失效容器的時間間隔以sync-frequency乘以2n來計算，例如1/2/4/8倍等，最長延時5min，並且在成功重啟後的10min後重置該時間。

Pod的重啟策略與控制方式關聯，當前可用於管理Pod的控制器包括ReplicationController、Job、DaemonSet及直接管理kubelet管理（靜態Pod）。 不同控制器的重啟策略限制如下：
  • RC和DaemonSet：必須設置為Always，需要保證該容器持續運行；
  • Job：OnFailure或Never，確保容器執行完成後不再重啟；
  • kubelet：在Pod失效時重啟，不論將RestartPolicy設置為何值，也不會對Pod進行健康檢查。

Pod包含的容器數 Pod當前的狀態 發生事件 Pod的結果狀態
RestartPolicy=Always RestartPolicy=OnFailure RestartPolicy=Never
包含1個容器 Running 容器成功退出 Running Succeeded Succeeded
包含1個容器 Running 容器失敗退出 Running Running Failed
包括兩個容器 Running 1個容器失敗退出 Running Running Running
包括兩個容器 Running 容器被OOM殺掉 Running Running Failed

1.3 Pod健康檢查

對Pod的健康檢查可以通過兩類探針來檢查：LivenessProbe和ReadinessProbe。 LivenessProbe探針：用於判斷容器是否存活（running狀態），如果LivenessProbe探針探測到容器不健康，則kubelet將殺掉該容器，並根據容器的重啟策略做相應處理。若一個容器不包含LivenessProbe探針，kubelet認為該容器的LivenessProbe探針返回值用於是“Success”。 ReadineeProbe探針：用於判斷容器是否啟動完成（ready狀態）。如果ReadinessProbe探針探測到失敗，則Pod的狀態將被修改。Endpoint Controller將從Service的Endpoint中刪除包含該容器所在Pod的Eenpoint。 kubelet定期執行LivenessProbe探針來診斷容器的健康狀態，通常有以下三種方式：
  • ExecAction：在容器內執行一個命令，若返回碼為0，則表明容器健康。
示例：通過執行"cat /tmp/health"命令判斷一個容器運行是否正常。容器初始化並創建該文件，10s後刪除該文件，15s秒通過命令判斷，由於該文件已被刪除，因此判斷該容器Fail，導致kubelet殺掉該容器並重啟。 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi dapi-liveness.yaml
  2 apiVersion: v1
  3 kind: Pod
  4 metadata:
  5   name: dapi-liveness-pod
  6   labels:
  7     test: liveness-exec
  8 spec:
  9   containers:
 10     - name: dapi-liveness
 11       image: busybox
 12       args:
 13       - /bin/sh
 14       - -c
 15       - echo ok > /tmp/health; sleep 10; rm -rf /tmp/health; sleep 600
 16       livenessProbe:
 17         exec:
 18           command:
 19           - cat
 20           - /tmp/health
 21 
 22 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl describe pod dapi-liveness-pod
clipboard
  • TCPSocketAction：通過容器的IP地址和埠號執行TCP檢查，若能建立TCP連接，則表明容器健康。
示例： 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi dapi-tcpsocket.yaml
  2 apiVersion: v1
  3 kind: Pod
  4 metadata:
  5   name: dapi-healthcheck-tcp
  6 spec:
  7   containers:
  8     - name: nginx
  9       image: nginx
 10       ports:
 11       - containerPort: 80
 12       livenessProbe:
 13         tcpSocket:
 14           port: 80
 15         initialDelaySeconds: 30
 16         timeoutSeconds: 1
 17 
 18 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl create -f dapi-tcpsocket.yaml
提示：對於每種探測方式，都需要設置如下兩個參數，其包含的含義如下： initialDelaySeconds：啟動容器後進行首次健康檢查的等待時間，單位為s； timeoutSeconds：健康檢查發送請求後等待響應的超時時間，單位為s，當超時發生時，kubelet會認為容器已經無法提供服務，將會重啟該容器。

二 Pod調度

Kubernetes中，Pod通常是容器的載體，一般需要通過Deployment、DaemonSet、RC、Job等對象來完成一組Pod的調度與自動控制功能。

2.1 Depolyment/RC自動調度

Deployment或RC的主要功能之一就是自動部署一個容器應用的多份副本，以及持續監控副本的數量，在集群內始終維持用戶指定的副本數量。 示例： 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi nginx-deployment.yaml
  2 apiVersion: apps/v1beta1
  3 kind: Deployment
  4 metadata:
  5   name: nginx-deployment-01
  6 spec:
  7   replicas: 3
  8   template:
  9     metadata:
 10       labels:
 11         app: nginx
 12     spec:
 13       containers:
 14       - name: nginx
 15         image: nginx:1.7.9
 16         ports:
 17         - containerPort: 80
 18 
 19 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl get deployments
 20 NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
 21 nginx-deployment-01   3/3     3            3           30s
 22 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl get rs
 23 NAME                             DESIRED   CURRENT   READY   AGE
 24 nginx-deployment-01-5754944d6c   3         3         3       75s
 25 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl get pod | grep nginx
 26 nginx-deployment-01-5754944d6c-hmcpg   1/1     Running     0          84s
 27 nginx-deployment-01-5754944d6c-mcj8q   1/1     Running     0          84s
 28 nginx-deployment-01-5754944d6c-p42mh   1/1     Running     0          84s

2.2 NodeSelector定向調度

當需要手動指定將Pod調度到特定Node上，可以通過Node的標簽（Label）和Pod的nodeSelector屬性相匹配。 # kubectl label nodes <node-name> <label-key>=<label-value> node節點創建對應的label後，可通過在定義Pod的時候加上nodeSelector的設置實現指定的調度。 示例： 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl label nodes 172.24.9.14 speed=io
  2 node/172.24.9.14 labeled
  3 [root@uk8s-m-01 study]# vi nginx-master-controller.yaml
  4 kind: ReplicationController
  5 metadata:
  6   name: nginx-master
  7   labels:
  8     name: nginx-master
  9 spec:
 10   replicas: 1
 11   selector:
 12     name: nginx-master
 13   template:
 14     metadata:
 15       labels:
 16         name: nginx-master
 17     spec:
 18       containers:
 19       - name: master
 20         image: nginx:1.7.9
 21         ports:
 22         - containerPort: 80
 23       nodeSelector:
 24         speed: io
 25 
 26 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl create -f nginx-master-controller.yaml
 27 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl get pods -o wide
 28 NAME                READY   STATUS    RESTARTS    AGE    IP            NODE
 29 nginx-master-7fjgj  1/1     Running   0           82s    172.24.9.71   172.24.9.14
提示：可以將集群中具有不同特點的Node貼上不同的標簽，實現在部署時就可以根據應用的需求設置NodeSelector來進行指定Node範圍的調度。 註意：若在定義Pod中指定了NodeSelector條件，但集群中不存在符合該標簽的Node，即使集群有其他可供使用的Node，Pod也無法被成功調度。

2.3 NodeAffinity親和性調度

親和性調度機制極大的擴展了Pod的調度能力，主要增強功能如下：
  1. 更具表達力，即更精細的力度控制；
  2. 可以使用軟限制、優先採用等限制方式，即調度器在無法滿足優先需求的情況下，會使用其他次條件進行滿足；
  3. 可以依據節點上正在運行的其他Pod的標簽來進行限制，而非節點本身的標簽，從而實現Pod之間的親和或互斥關係。
目前有兩種節點親和力表達： requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬規則，必須滿足指定的規則，調度器才可以調度Pod至Node上（類似nodeSelector，語法不同）。 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：軟規則，優先調度至滿足的Node的節點，但不強求，多個優先順序規則還可以設置權重值。 IgnoredDuringExecution指：如果一個Pod所在的節點在Pod運行期間標簽發生了變化，不再符合該Pod的節點親和性需求，則系統將忽略Node上Label的變化，該Pod能繼續在該節點運行。 示例： 條件1：只運行在amd64的節點上；儘量運行在ssd節點上。 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi nodeaffinity-pod.yaml
  2 apiVersion: v1
  3 kind: Pod
  4 metadata:
  5   name: with-node-affinity
  6 spec:
  7   affinity:
  8     nodeAffinity:
  9       requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
 10         nodeSelectorTerms:
 11         - matchExpressions:
 12           - key: kubernetes.io/arch
 13             operator: In
 14             values:
 15             - amd64
 16       preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
 17       - weight: 1
 18         preference:
 19           matchExpressions:
 20           - key: disk-type
 21             operator: In
 22             values:
 23             - ssd
 24   containers:
 25   - name: with-node-affinity
 26     image: gcr.azk8s.cn/google_containers/pause:2.0
NodeAffinity操作語法；In、NotIn、Exists、DoesNotExist、Gt、Lt。NotIn和DoesNotExist可以實現互斥功能。 NodeAffinity規則設置註意事項：
  • 若同時定義nodeSelector和nodeAffinity，則必須兩個條件都滿足，Pod才能最終運行指定在Node上；；
  • 若nodeAffinity指定多個nodeSelectorTerms，則只需要其中一個能夠匹配成功即可；
  • 若nodeSelectorTerms中有多個matchExpressions，則一個節點必須滿足所有matchExpressions才能運行該Pod。

2.4 PodAffinity親和性調度

PodAffinity根據節點上正在運行的Pod標簽而不是Node標簽來判斷和調度，要求對節點和Pod兩個條件進行匹配。 規則描述為：若在具有標簽X的Node上運行了一個或多個符合條件Y的Pod，則Pod應該（或者不應該）運行在這個Node上。 X通常為Node節點的機架、區域等概念，Pod是屬於某個命名空間，所以條件Y表達的是一個或全部命名空間中的一個Label Selector。 Pod親和性定義與PodSpec的affinity欄位下的podAffinity欄位里，互斥性定義於同一層次的podAntiAffinity子欄位中。 舉例： 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi nginx-flag.yaml	#創建名為pod-flag，帶有兩個標簽的Pod
  2 apiVersion: v1
  3 kind: Pod
  4 metadata:
  5   name: pod-affinity
  6 spec:
  7   affinity:
  8     podAffinity:
  9       requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
 10       - labelSelector:
 11           matchExpressions:
 12           - key: security
 13             operator: In
 14             values:
 15             - S1
 16         topologyKey: kubernetes.io/hostname
 17   containers:
 18   - name: with-pod-affinity
 19     image: gcr.azk8s.cn/google_containers/pause:2.0
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi nginx-affinity-in.yaml	#創建定義標簽security=S1，對應如上Pod “Pod-flag”。
  2 apiVersion: v1
  3 kind: Pod
  4 metadata:
  5   name: pod-affinity
  6 spec:
  7   affinity:
  8     podAffinity:
  9       requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
 10       - labelSelector:
 11           matchExpressions:
 12           - key: security
 13             operator: In
 14             values:
 15             - S1
 16         topologyKey: kubernetes.io/hostname
 17   containers:
 18   - name: with-pod-affinity
 19     image: gcr.azk8s.cn/google_containers/pause:2.0
 20 
 21 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl create -f nginx-affinity-in.yaml
 22 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl get pods -o wide
clipboard 提示：由上Pod親和力可知，兩個Pod處於同一個Node上。 
  1 [root@uk8s-m-01 study]# vi nginx-affinity-out.yaml	#創建不能與參照目標Pod運行在同一個Node上的調度策略
  2 apiVersion: v1
  3 kind: Pod
  4 metadata:
  5   name: anti-affinity
  6 spec:
  7   affinity:
  8     podAffinity:
  9       requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
 10       - labelSelector:
 11           matchExpressions:
 12           - key: security
 13             operator: In
 14             values:
 15             - S1
 16         topologyKey: failure-domain.beta.kubernetes.io/zone
 17     podAntiAffinity:
 18       requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
 19       - labelSelector:
 20           matchExpressions:
 21           - key: security
 22             operator: In
 23             values:
 24             - nginx
 25         topologyKey: kubernetes.io/hostname
 26   containers:
 27   - name: anti-affinity
 28     image: gcr.azk8s.cn/google_containers/pause:2.0
 29 
 30 [root@uk8s-m-01 study]# kubectl get pods -o wide	#驗證

2.5 Taints和Tolerations（污點和容忍）

Taint：使Node拒絕特定Pod運行； Toleration：為Pod的屬性，表示Pod能容忍（運行）標註了Taint的Node。 Taint語法：$ kubectl taint node node1 key=value:NoSchedule 解釋：為node1加上一個Taint，該Taint的鍵為key，值為value，Taint的效果為NoSchedule。即除非特定聲明可以容忍此Taint，否則不會調度至node1上。 Toleration示例： 
  1 tolerations:
  2 - key: "key"
  3   operator: "Equal"
  4   value: "value"
  5   effect: "NoSchedule"
或 
  1 tolerations:
  2 - key: "key"
  3   operator: "Exists"
  4   effect: "NoSchedule"
註意：Pod的Toleration聲明中的key和effect需要與Taint的設置保持一致，並且滿足以下條件：
  • operator的值是Exists（無須指定value）；
  • operator的值是Equal並且value相等；
  • 空的key配合Exists操作符能夠匹配所有的鍵和值；
  • 空的effect匹配所有的effect。
若不指定operator，則預設值為Equal。 taint說明：系統允許在同一個Node上設置多個taint，也可以在Pod上設置多個toleration。Kubernetes調度器處理多個taint和toleration的邏輯順序：首先列出節點中所有的taint，然後忽略pod的toleration能夠匹配的部分，剩下的沒有忽略掉的taint就是對pod的效果。以下是幾種特殊情況： 若剩餘的taint中存在effect=NoSchedule，則調度器不會把該Pod調度到這一節點上； 若剩餘的taint中沒有NoSchedule效果，但有PreferNoSchedule效果，則調度器會嘗試不把這個Pod指派到此節點； 若剩餘taint的效果有NoSchedule，並且這個Pod已經在該節點上運行，則會被驅逐，若沒有在該節點上運行，也不會再被調度到該節點上。 示例： 
  1 $ kubectl taint node node1 key=value1:NoSchedule
  2 $ kubectl taint node node1 key=value1:NoExecute
  3 $ kubectl taint node node1 key=value2:NoSchedule
  4 tolerations:
  5 - key: "key1"
  6   operator: "Equal"
  7   value: "value"
  8   effect: "NoSchedule"
  9 tolerations:
 10 - key: "key1"
 11   operator: "Equal"
 12   value: "value1"
 13   effect: "NoExecute"
釋義：此Pod聲明瞭兩個容忍，且能匹配Node1的taint，但是由於沒有能匹配第三個taint的toleration，因此此Pod依舊不能調度至此Node。若該Pod已經在node1上運行了，那麼在運行時設置了第3個taint，它還能繼續在node1上運行，這是因為Pod可以容忍前兩個taint。 通常，若node加上effect=NoExecute的taint，那麼該Node上正在運行的所有無對應toleration的Pod都會被立刻驅逐，而具有相應toleration的Pod則永遠不會被驅逐。同時，系統可以給具有NoExecute效果的toleration加入一個可選的tolerationSeconds欄位，表明Pod可以在taint添加到Node之後還能在此Node運行多久。 
  1 tolerations:
  2 - key: "key1"
  3   operator: "Equal"
  4   value: "value"
  5   effect: "NoSchedule"
  6   tolerationSeconds： 3600
釋義：若Pod正在運行，所在節點被加入一個匹配的taint，則這個pod會持續在該節點運行3600s後被驅逐。若在此期限內，taint被移除，則不會觸發驅逐事件。 Taints和Tolerations常用場景：
  • 獨占節點：
給特定的節點運行特定應用。 $ kubectl taint nodes 【nodename】 dedicated=groupName:NoSchedule 同時在Pod中設置對應的toleration配合，帶有合適toleration的Pod允許同時使用其他節點一樣使用有taint的節點。
  • 具有特殊硬體設備的節點
集群中部分特殊硬體（如安裝了GPU），則可以把不需要占用GPU的Pod禁止在此Node上
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    System.AggregateException: 發生一個或多個錯誤。 > Microsoft.WebTools.Shared.Exceptions.WebToolsException: 生成失敗。檢查輸出視窗瞭解更多詳細信息。 內部異常堆棧跟蹤的結尾 > (內部異常 #0) Microsoft ...
  • 精通中間件測試：Asp.Net Core實戰指南，提升應用穩定性和可靠性
    引言 在上一章節我們實戰了在Asp.Net Core中的項目實戰，這一章節講解一下如何測試Asp.Net Core的中間件。 TestServer 還記得我們在集成測試中提供的TestServer嗎？ TestServer 是由 Microsoft.AspNetCore.TestHost 包提供的。 ...
  • Case表達式
    在發現結果為真的WHEN子句時,CASE表達式的真假值判斷會終止,剩餘的WHEN子句會被忽略: CASE WHEN col_1 IN ('a', 'b') THEN '第一' WHEN col_1 IN ('a') THEN '第二' ELSE '其他' END 註意: 統一各分支返回的數據類型. ...
  • 揭秘：C#語法中“_ =” 是什麼？
    在C#編程世界中，語法的精妙之處往往體現在那些看似微小卻極具影響力的符號與結構之中。其中，“_ =” 這一組合突然出現還真不知道什麼意思。本文將深入剖析“_ =” 的含義、工作原理及其在實際編程中的廣泛應用，揭示其作為C#語法奇兵的重要角色。 一、下劃線 _：神秘的棄元符號 下劃線 _ 在C#中並非 ...
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