Kubernetes 节点亲和性影响Pod调度概述图在 Kubernetes 中，节点亲和性（Node Affinit

概述图

在 Kubernetes 中，节点亲和性（Node Affinity） 是一种调度约束机制，用来控制 Pod 应调度到哪些节点上运行。通过节点亲和性，可以基于节点的标签来定义调度规则，确保 Pod 只会调度到满足条件的节点。节点亲和性对 Kubernetes 的调度器有直接的影响，因为它决定了调度器在选择节点时的规则和优先级。

节点亲和性类型

Kubernetes 提供了两种主要的节点亲和性类型：

强制型亲和性 (requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution)：
- Pod 必须调度到满足亲和性条件的节点上，否则调度会失败。即，如果没有符合条件的节点，Pod 将无法被调度。
软约束型亲和性 (preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution)：
- 调度器会尽量将 Pod 调度到符合条件的节点，但如果没有满足条件的节点，Pod 依然会被调度到其他节点上。

在节点亲和性中，调度器会根据节点的标签进行评估，确保 Pod 被分配到满足这些标签条件的节点上。

节点亲和性对 Pod 调度的影响

1. 强制型节点亲和性 (`requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution`)

如果 Pod 的节点亲和性规则属于 强制型，调度器会严格按照这些规则进行调度。如果没有符合亲和性条件的节点，Pod 将无法被调度。
举例来说，假设某个 Pod 只允许调度到带有 disktype=ssd 标签的节点上，调度器会遍历所有节点，并只选择符合这个标签的节点。如果没有符合条件的节点，Pod 会一直处于 Pending 状态，直到有符合条件的节点出现。

示例：强制型节点亲和性

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

在这个示例中，Pod 必须调度到拥有 disktype=ssd 标签的节点。如果没有符合这个条件的节点，Pod 将无法被调度成功。

2. 软约束型节点亲和性 (`preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution`)

如果 Pod 的节点亲和性规则属于 软约束型，调度器会优先选择符合条件的节点进行调度，但如果没有符合条件的节点，调度器会选择其他节点来调度 Pod。
这种方式可以提高调度的灵活性，确保 Pod 能够在尽可能满足亲和性条件的前提下成功调度，而不会因为没有匹配的节点而阻塞。

示例：软约束型节点亲和性

yaml
复制代码
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        - weight: 1
          preference:
            matchExpressions:
            - key: disktype
              operator: In
              values:
              - ssd
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

在这个示例中，调度器会优先选择带有 disktype=ssd 标签的节点来调度 Pod，但如果没有此类节点，Pod 仍然会被调度到其他节点上运行。

节点亲和性 vs 节点选择器

节点亲和性和 节点选择器（Node Selector） 都是基于节点标签的调度机制，但节点亲和性比节点选择器更加灵活和强大。

节点选择器 只支持简单的等式匹配，无法表达更复杂的调度策略。
- 例如，节点选择器无法表达 "节点的标签 disktype 必须是 ssd 或 hdd" 这样的条件。
节点亲和性 提供了更多运算符（In、NotIn、Exists、DoesNotExist 等），并支持多条件组合，可以更灵活地控制调度规则。

示例：节点选择器 vs 节点亲和性

节点选择器 只能简单匹配标签：

yaml
复制代码
spec:
  nodeSelector:
    disktype: ssd

节点亲和性 可以表达更复杂的条件，如：

yaml
复制代码
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disktype
            operator: In
            values:
            - ssd
            - hdd

节点亲和性和 Pod 调度的应用场景

不同硬件配置的节点：
- 如果集群中有不同硬件配置的节点（如 SSD 节点和 HDD 节点），可以使用节点亲和性将对存储有较高需求的 Pod 调度到 SSD 节点上，而将对存储需求较低的 Pod 调度到 HDD 节点上。
隔离工作负载：
- 可以通过节点亲和性将不同类型的工作负载（如生产环境和测试环境的工作负载）隔离到不同的节点池中。例如，可以为生产环境的节点打上特定标签，然后使用强制型亲和性将生产环境的 Pod 调度到这些节点上。
区域或机房分布：
- 在多区域或多机房的 Kubernetes 集群中，可以使用节点亲和性将 Pod 限制在特定的区域或机房，以确保数据和计算在同一地理位置，减少延迟。

节点亲和性的关键运算符

在定义节点亲和性规则时，matchExpressions 使用以下运算符来构建调度条件：

In：节点标签的值在指定列表中。
- 例：disktype 在 ['ssd', 'hdd'] 中。
NotIn：节点标签的值不在指定列表中。
- 例：disktype 不在 ['ssd'] 中。
Exists：节点必须具有指定的标签（标签值不重要）。
- 例：节点必须有 disktype 标签。
DoesNotExist：节点不能有指定的标签。
- 例：节点不能有 disktype 标签。
Gt / Lt：节点标签的值大于或小于某个数值。
- 例：num_cpu 大于 4。

调度过程中的优先级

Kubernetes 调度器根据定义的节点亲和性规则来筛选节点，并遵循以下流程：

过滤阶段：调度器首先过滤出符合所有 强制型节点亲和性（requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution）规则的节点，排除不符合条件的节点。
打分阶段：对于符合强制型亲和性的节点，调度器根据 软约束型节点亲和性（preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution）的权重对这些节点进行打分。得分较高的节点将优先被选择。

总结

节点亲和性通过灵活的调度约束规则控制 Pod 的调度，确保 Pod 被调度到满足特定需求的节点上。它为集群管理员提供了更强大的调度策略，可以基于节点的硬件特性、工作负载隔离需求、地理分布等因素优化调度决策。

理解和应用节点亲和性可以帮助你更高效地管理 Kubernetes 集群，提高资源利用率，减少调度冲突，并确保应用程序在合适的节点上运行。

Kubernetes 节点亲和性影响Pod调度

概述图