Scheduler的各种调度策略总结

一、简介

是 kubernetes 的调度器，主要的任务是把定义的 pod分配到集群的节点上。听起来非常简单，但有很多要考虑的问题：

公平：如何保证每个节点都能被分配资源
资源高效利用：集群所有资源最大化被使用
效率：调度的性能要好，能够尽快地对大批量的 pod 完成调度工作
灵活：允许用户根据自己的需求控制调度的逻辑

Sheduler 是作为单独的程序运行的，启动之后会一直坚挺 API Server，获取Podspec.NodeName为空的pod，对每个pod都会创建一个binding，表明该pod应该放到哪个节点上。

二、调度过程

调度分为几个部分：

1、首先是过滤掉不满足条件的节点，这个过程称为 predicate；
2、然后对通过的节点按照优先级排序，这个是priority；
3、最后从中选择优先级最高的节点。如果中间任何一步骤有错误，就直接返回错误。

Predicate 有一系列的算法可以使用：

PodFitsResources ：节点上剩余的资源是否大于pod 请求的资源
PodFitsHost ：如果pod 指定了NodeName，检查节点名称是否和NodeName匹配
PodFitsHostPorts ：节点上已经使用的port是否和pod申请的port冲突
PodselectorMatches ：过滤掉和pod指定的 label 不匹配的节点
NoDiskConflict ：已经mount的volume和pod指定的volume不冲突，除非它们都是只读

如果在predicate 过程中没有合适的节点，pod 会一直在 pending 状态，不断重试调度，直到有节点满足条件。经过这个步骤，如果有多个节点满足条件，就继续 priorities 过程：按照优先级大小对节点排序。优先级由一系列键值对组成，键是该优先级项的名称，值是它的权重（该项的重要性）。这些优先级选项包括：

LeastRequestedPriority ：通过计算CPU和Memory的使用率来决定权重，使用率越低权重越高。换句话说，这个优先级指标倾向于资源使用比例更低的节点
BalancedResourceAllocation ：节点上CPU和Memory使用率越接近，权重越高。这个应该和上面的一起使用，不应该单独使用
ImageLocalityPriority ：倾向于已经有要使用镜像的节点，镜像总大小值越大，权重越高通过算法对所有的优先级项目和权重进行计算，得出最终的结果

三、自定义调度器

除了kubernetes自带的调度器，你也可以编写自己的调度器。通过 spec:schedulername 参数指定调度器的名字，可以为pod选择某个调度器进行调度。比如下面的pod 选择 my-scheduler 进行调度，而不是默认的 default-scheduler ：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: annotation-second-scheduler
  labels:
    name: multischeduler-example
spec:
  schedulername: my-scheduler
  containers:
  - name: pod-with-second-annotation-container
    image: gcr.io/google_containers/pause:2.0

四、调度亲和性

软策略：能匹配最好
硬策略：必须匹配

4.1、节点亲和性

pod.spec.nodeAffinity - preferredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution：软策略 - requiredDuringschedulinglgnoredDuringExecution：硬策略

requiredDuringschedulinglgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:     		# 亲和性
    nodeAffinity:		# node 的亲和性
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:    # 硬策略
        nodeSelectorTerms:		# node选择方案
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname   # key名
            operator: NotIn     # 不在，只要 hostname 不等于 values 的值即可
            values:
            - k8s-node02     # 这就意味着 这个pod 始终会在node01上

preferredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1    # 权重为 1， 权重越大越亲和
        preference:
          matchExpressions:
          - key: source
            operator: In
            values:
            - qikqiak

合体

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity
  labels:
    app: node-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/hostname
            operator: NotIn
            values:
            - k8s-node02
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: source
            operator: In
            values:
            - qikqiak

4.2、键值运算关系

In: label 的值在某个列表中
Notln: label 的值不在某个列表中
Gt: label 的值大于某个值
Lt: label 的值小于某个值
Exists：某个 label 存在
DoesNotExist：某个 label 不存在

4.3、Pod 亲和性

pod.spec.affinity.podAffinity/podAntiAffinity

preferredDuringSchedulinglgnoredDuringExecution：软策略
requiredDuringschedulinglgnoredDuringExecution：硬策略

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-3
  labels:
    app: pod-3
spec:
  containers:
  - name: pod-3
    image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:   # 标签选择
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - pod-1
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - pod-2
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

亲和性/反亲和性调度策略比较如下：

调度策略	匹配标签	操作符	拓扑域支持	调度目标
nodeAffinity	主机	In，Notln，Exists，DoesNotExist，Gt，Lt	否	指定主机
podAffinity	pod	In，NotIn，Exists，DoesNotExist	是	POD与指定POD同一拓扑域
podAnitAffinity	pod	In，NotIn，Exists，DoesNotExist	是	POD与指定POD不在同一拓扑域

五、污点

5.1、Taint 和Toleration

节点亲和性，是pod的一种属性（偏好或硬性要求），它使pod被吸引到一类特定的节点。Taint则相反，它使节点能够排斥一类特定的pod 。 Taint 和toleration 相互配合，可以用来避免pod 被分配到不合适的节点上。每个节点上都可以应用一个或多个taint，这表示对于那些不能容忍这些taint的pod，是不会被该节点接受的。如果将toleration 应用于pod上，则表示这些pod可以（但不要求）被调度到具有匹配taint的节点上

5.2、污点（Taint）

I、污点（Taint）的组成

使用 kubectl taint 命令可以给某个Node 节点设置污点，Node 被设置上污点之后就和Pod 之间存在了一种相斥的关系，可以让Node 拒绝Pod的调度执行，甚至将Node已经存在的Pod 驱逐出去每个污点的组成如下：

key=value:effect

每个污点有一个key和 value作为污点的标签，其中value可以为空，effect 描述污点的作用。当前taint effect 支持如下三个选项：

- Noschedule ：表示k8s将不会将Pod 调度到具有该污点的Node上
- PreferNoSchedule ：表示k8s 将尽量避免将Pod 调度到具有该污点的Node上
- NoExecute ：表示k8s将不会将Pod调度到具有该污点的Node上，同时会将Node上已经存在的Pod驱逐出去

Ⅱ、污点的设置、查看和去除

#设置污点
kubectl taint nodes node1 keyl=valuel:NoSchedule

#节点说明中，查找Taints字段
kubectl describe pod pod-name

#去除污点
kubectl taint nodes node1 key1：NoSchedule-

5.3、容忍（Tolerations）

设置了污点的 Node 将根据taint的effect:NoSchedule、PreferNoSchedule、NoExecute 和Pod之间产生互斥的关系，Pod将在一定程度上不会被调度到Node上。但我们可以在Pod上设置容忍（Toleration），意思是设置了容忍的Pod 将可以容忍污点的存在，可以被调度到存在污点的Node上

pod.spec.tolerations

tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
  tolerationSeconds: 3600
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoExecute"
- key: "key2"
  operator: "Exists"
  effect: "NoSchedule"

其中key，vaule，effect 要与Node 上设置的taint保持一致
operator的值为Exists 将会忽略 value值
tolerationSeconds 用于描述当Pod需要被驱逐时可以在Pod上继续保留运行的时间

I、当不指定key值时，表示容忍所有的污点key:
tolerations:
- operator: "Exists"

Ⅱ、当不指定 effect值时，表示容忍所有的污点作用
tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"
  
Ⅲ、有多个Master 存在时，防止资源浪费，可以如下设置
kubectl taint nodes Node-Name node-role.kubernetes.io/master=:PreferNoSchedule

六、固定节点(nodeSelector)

6.1、指定调度节点

I、Pod.spec.nodeName

将Pod 直接调度到指定的Node节点上，会跳过Scheduler的调度策略，该匹配规则是强制匹配

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 7
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      nodeName: k8s-node01
      containers:
      - name: myweb
        image: hub.atguigu.com/library/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 80

Ⅱ、Pod.spec.nodeSelector：通过kubernetes的label-selector 机制选择节点，由调度器调度策略匹配label，而后调度Pod到目标节点，该匹配规则属于强制约束

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: myweb
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myweb
    spec:
      nodeSelector:
        type: backEndNode1
      containers:
      - name: myweb
        image: harbor/tomcat：8.5-jre8
        ports:
        - containerPort: 80

K8S

调度策略, scheduler

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