一、亲和性调度简介

1.1 亲和性简介

亲和性调度是指通过配置的形式，实现优先选择满足条件的Node进行调度，如果没有，也可以调度到不满足条件的节点上，使调度更加灵活

亲和性（Affinity）主要分为三类：

• 节点亲和性（nodeAffinity）：以node为目标，解决pod可以调度到哪些node的问题
• pod亲和性（podAffinity）：以pod为目标，解决pod可以和哪些已经存在pod部署到同一个拓扑域中的问题
• pod反亲和性（podAntiAffinity）：以pod为目标，解决pod不能和哪些已存在的pod部署在统一个拓扑域中的问题

1.2 亲和性和反亲和性说明

• 亲和性：如果两个应用频繁交互，那就有必要利用亲和性让两个应用尽可能靠近，这样可以减少因网络通信而带来的性能损耗
• 反亲和性：当应用采用多副本部署时，有必要采用反亲和性让各个应用实例分布在各个node节点上，这样可以提高服务的高可用性

二、亲和性配置

2.1 节点亲和性（NodeAffinity）

2.1.1 NodeAffinity配置项说明

pod.spec.affinity.nodeAffinity
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution   Node节点必须满足指定的所有规则才可以，相当于硬限制
    nodeSelectorTerms    节点选择列表
      matchFields     按节点字段列出的节点选择器要求列表
      matchExpressions    按节点标签列出的节点选择器要求列表（推荐）
        key    键
        values    值
        operator    关系符，支持Exists，DoesNotExist，In，NotIn，Gt，Lt
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution    优先调整到满足指定的规则的Node，相当于软限制（倾向）
    preference    一个节点选择器，与相应的权重相关联
      matchFields  按节点字段列出的节点选择器要求列表
      matchExpressions    按节点标签列出的节点选择器要求列表（推荐）
        key    键
        values    值
        operator    关系符，支持In，NotIn，Exists，DoesNotExist，Gt，Lt
    weight    倾向权重，范围1-100

关系运算符说明：

  - matchExpressions:
    - key: nodeenv               # 匹配存在标签的key为nodeenv的节点
      operator： Exists
    - key: nodeenv               # 匹配标签的key为nodeenv，且value是 "xxx" 或 "yyy" 的节点
      operator: In
      values: ["xxx","yyy"]
    - key: nodeenv               # 匹配标签的key为nodeenv，且value大于 "xxx" 的节点
      operator: Gt
      values: "xxx"

2.1.2 使用required类型的节点亲和性

首先使用如下命令先给node1和node2打标签

[root@master resource_manage]# kubectl label nodes node1 nodeenv=test
node/node1 labeled
[root@master resource_manage]# kubectl label nodes node2 nodeenv=demo
node/node2 labeled
[root@master resource_manage]# kubectl get node --show-labels
NAME     STATUS   ROLES                  AGE   VERSION   LABELS
master   Ready    control-plane,master   10d   v1.21.2   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/control-plane=,node-role.kubernetes.io/master=,node.kubernetes.io/exclude-from-external-load-balancers=
node1    Ready    <none>                 10d   v1.21.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux,nodeenv=test
node2    Ready    <none>                 10d   v1.21.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node2,kubernetes.io/os=linux,nodeenv=demo
[root@master resource_manage]#

编辑pod_nodeaffinity_required.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nginx
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["demo","demo1"]

使用如下命令创建资源

[root@master resource_manage]# kubectl apply -f pod_nodeaffinity_required.yaml
namespace/dev unchanged
pod/pod-nginx created
[root@master resource_manage]#

如下，可以查询到被调度到node2节点上，符合设置调度规则

[root@master resource_manage]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nginx   1/1     Running   0          118s   10.244.2.45   node2   <none>           <none>
[root@master resource_manage]#

如下，删除资源

[root@master resource_manage]# kubectl delete -f pod_nodeaffinity_required.yaml
namespace "dev" deleted
pod "pod-nginx" deleted
[root@master resource_manage]#

2.1.3 使用prefered类型的节点亲和性

编辑pod_nodeaffinity_preferred.yaml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-nginx
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 10
        preference:
          matchExpressions:
          - key: nodeenv
            operator: In
            values: ["demo2","demo1"]

使用如下命令创建资源

[root@master resource_manage]# kubectl apply -f pod_nodeaffinity_preferred.yaml
namespace/dev unchanged
pod/pod-nginx created
[root@master resource_manage]#

查看结果如下，虽然这里不符合调度条件，但仍然能调度到node2节点，因为这里的调度不是强制性的

[root@master resource_manage]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-nginx   1/1     Running   0          57m   10.244.2.46   node2   <none>           <none>
[root@master resource_manage]#

使用如下命令删除资源

[root@master resource_manage]# kubectl delete -f pod_nodeaffinity_preferred.yaml
namespace "dev" deleted
pod "pod-nginx" deleted
[root@master resource_manage]#

2.1.4 Node亲和性注意事项

• 1 如果同时定义了nodeSelector和NodeAffinity，name必须两个条件都得到满足，Pod才能运行在指定的Node上
• 2 如果NodeAffinity指定了多个nodeSelectorTerms，name只需要其中一个能匹配成功即可
• 3 如果一个nodeSelectorTerms中有多个matchExpressions，则一个节点必须满足左右的才能匹配成功
• 4 如果一个pod所在的Node在Pod运行期间其标签发生了改变，不再符合该Pod的节点亲和性需求，则系统忽略此变化
•  

2.2 Pod亲和性（PodAffinity）

2.2.1 Pod亲和性配置项

pod.spec.affinity.podAffinity
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution    硬限制
    namespace      指定参照pod的namespace
    topologyKey    指定调度作用域
    labelSelector  标签选择器
      matchExpressions    按节点标签列出的节点选择器要求列出（推荐）
        key        键
        values     值
        operator   关系符，支持 In，NotIn，Exists，NoesNotExist
      matchLabels   指多个matchExpressions映射的内容
  preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution    软限制
    PodAffinityTerm  选项
	  namespace
	  topologyKey
	  labelSelector
	    matchExpressions：
	      key       键
	      values    值
	      operator
	matchLabels
    

其中topologyKey用于指定调度的作用域，如：

• 如果指定为Kubernetes.io/hostname，那就是以Node节点为分区范围
• 如果指定为beta.kubernets.io/os，则以node节点的操作系统类型来区分

2.2.2 Pod亲和性实例演示

首先使用如下pod_podaffinnity_target.yaml文件创建一个dev命名空间以及一个目标Pod

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-target
  namespace: dev
  labels:
    podenv: pro
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeName: node1

使用如下命令创建资源

[root@master resource_manage]# kubectl apply -f pod_podaffinnity_target.yaml
namespace/dev created
pod/pod-podaffinity-target created
[root@master resource_manage]#

然后编写pod亲和性的yaml文件pod_podaffinity_required.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: podenv
            operator: In
            values: ["pro"]
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

使用如下命令创建资源

[root@master resource_manage]# kubectl apply -f pod_podaffinity_required.yaml
pod/pod-podaffinity-required created
[root@master resource_manage]#

通过如下命令可以查看到pod亲和性生效了，此两个pod在一个节点上

[root@master resource_manage]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-required   1/1     Running   0          2m7s   10.244.1.21   node1   <none>           <none>
pod-podaffinity-target     1/1     Running   0          13m    10.244.1.20   node1   <none>           <none>
[root@master resource_manage]#

2.3 Pod反亲和性（PodAntiAffinity）

Pod 反亲和性主要是设置新建的pod与已知pod不在同一个节点上，配置内容和pod亲和性几乎完全一样，这里直接以实例演示
首先使用如下pod_podaffinnity_target.yaml文件创建一个dev命名空间以及一个目标Pod

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

---

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-target
  namespace: dev
  labels:
    podenv: pro
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  nodeName: node1

使用如下命令创建资源

[root@master resource_manage]# kubectl apply -f pod_podaffinnity_target.yaml
namespace/dev created
pod/pod-podaffinity-target created
[root@master resource_manage]#

然后编辑pod反亲和性yaml文件pod_podantiaffinity_required.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-podaffinity-required
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.17.1
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: podenv
            operator: In
            values: ["pro"]
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

然后使用如下命令创建

[root@master resource_manage]# kubectl apply -f pod_podantiaffinity_required.yaml
pod/pod-podaffinity-required created
[root@master resource_manage]#

通过如下命令可以看出此时两个pod已经分别在两个节点上了

[root@master resource_manage]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pod-podaffinity-required   1/1     Running   0          79s     10.244.2.47   node2   <none>           <none>
pod-podaffinity-target     1/1     Running   0          2m42s   10.244.1.22   node1   <none>           <none>
[root@master resource_manage]#