master是工作平面，上面執行著三個最核心的元件，apiserver、scheduler、controller manager。除此之外,master還依賴於ectd儲存節點，最好ectd是有冗餘能力的叢集，

排程器(scheduler)

master上的 scheduler控制著pod執行在哪個node上的。不指定就用default scheduler。

排程器的功能就是排程Pod在哪個Node上執行，這些排程資訊儲存在master上的etcd裡面。能夠和etcd打交道的只有apiserver。

kubelete執行在node節點上，監控著Node節點上的pod狀態，並參與pod的建立等工作。

kube-proxy也執行在node節點上，它監控著service資源的變動。

kubelete和kube-proxy都要連線master上的apiserver去獲取定義資訊。

預選步驟

default scheduler是透過三個步驟來實現排程的：

a)、預選策略(predicate)：先排除那些完全不符合此pod執行法則的節點，有兩個維度來排除，一個是最低資源需求，即節點必須滿足此Pod的最低資源；第二個是資源限額，即當前節點最多能給pod提供的資源。

b）、優選(priority)：在符合節點找到最佳匹配的節點。

c）、繫結(select)：把pod繫結到優選的節點上。

[root@master ~]# kubectl explain pod.spec
nodeName：指定pod執行在指定節點上
nodeSelector：用nodeSelector指定Pod執行在擁有某種selector 標籤的節點上。

在k8s上，排程方式有這麼幾類：

1、nodeaffinity，表示node親和性排程，表示這個pod對這個節點有一定的傾向性。我們透過上面的nodeselector來完成這類排程

2、podaffinity或podunaffinity：pod親和性或者pod反親和性排程，有時我們期望某些Pod執行在同一個節點上或者是相鄰的節點上，或者我們期望某些Pod不要執行在某些節點上。

3、taints和tolerations：汙點和汙點容忍排程：可以在某些節點上打上汙點，表示這些節點不讓pod在其上面執行。taints是定義在節點之上的，tolerations是定義在pod之上的。

常用的預選策略

訪問，檢視k8s原始碼，可以看到這些策略。

1、ChekNodeCondition

表示檢查是否可以在節點磁碟、網路不可用，或未準備好的前提下，能夠把pod排程到上去。

2、GeneralPredicate

a) hostname預選策略，表示如果pod定義了hostname屬性（pod.spec.hostname），則檢查節點的名字跟pod的hostname是否想匹配，但這裡並不是定義這個pod必須執行在這些節點上。

b）PodFitsHostPorts：如果節點定義了hostport屬性（pod.spec.containers.ports.hostPort），表示指定在節點的哪個埠上。如果這個節點的埠被佔用了，那麼這個節點就不適合執行這個pod。

c）MatchNodeSelector：檢查pods.spec.nodeSelector這個欄位你是否定義了，執行在攜有這有這些標籤選擇器的節點上。

d） PodFitsResources：檢查節點是否有足夠的資源來支援這個pod執行。

[root@master ~]# kubectl describe nodes node1
Allocated resources:
  (Total limits may be over 100 percent, i.e., overcommitted.)
  Resource  Requests(需求量)   Limits（限額）
  --------  --------   ------
  cpu       360m (9%)  110m (2%)
  memory    70Mi (1%)  70Mi (1%)
Events:     <none>

e）NoDiskConfict：檢查Pod所請求儲存卷在此節點上是否不可用。注意NoDiskConfict排程策略預設沒有啟用。

f） PodToleratesNodeTaints：如果Pod定義了Tolerates（容忍度），即 pods.spec.tolerations，那麼就看pod能不能容忍節點上的汙點，如果是，表示這個節點可以被選定；

g) PodToleratesNodeNoExecuteTaints：檢查pod是否容忍節點上有NoExecute汙點。NoExecute這個汙點是啥意思呢。如果一個pod上執行在一個沒有汙點的節點上後，這個節點又給加上汙點了，那麼NoExecute表示這個新加汙點的節點會祛除其上正在執行的pod；不加NoExecute不會祛除節點上執行的pod，表示接受既成事實，這是預設策略。

h） CheckNodeLabelPresence：檢查節點上指定標籤的存在性，如果節點有pod指定的標籤，那麼這個節點就被選中。這個排程策略預設沒有啟用。

i） CheckServceAffinity：一個service下可以有多個pod，比如這些pod都執行在1、2、3機器上，而沒有執行在4、5、6機器上，那麼CheckServceAffinity就表示新加入的pod都集中執行在1、2、3機器上，這樣集中好處是一個service下pod之間內部通訊的效率變高了。這個策略預設也是沒有啟用的。

j）MaxEBSVolumeCountPred：檢查節點上掛載的EBS儲存器（亞馬遜的彈性塊儲存）的數量是否超出了最大的設定值。一般來說，一個節點上最多可以掛載39個儲存卷。可以編譯安裝k8s指定該值。

k) MaxGCEPDVolumeCountPred：GCE是谷歌的雲端儲存引擎。可以編譯安裝k8s指定該值。

l) MaxAzureDiskVolumeCountPred:pod會選擇掛載足量Azure儲存卷的節點。

m) CheckVolumeBinding:檢查節點上的pvc是否被別的pod繫結了

n） NoVolumeZoneConfict: 檢查節點上的pod是否與pod的需求衝突。

o） CheckNodeMemoryPressure：檢查節點記憶體是否存在壓力

p) CheckNodePIDpressure：檢查節點pid數量是否壓力過大，但一般pid是可以重複使用的。

q）CheckNodeDiskPressure：

r) MatchInterPodAffinity：檢查Pod是否滿足親和性或者反親和性。

如果一個節點的第一個策略符合了，k8s

常用的優選函式

訪問可以看到k8s原始碼裡面的優選函式。

balanced_resource_allocation.go：均衡資源的使用方式，表示以cpu和記憶體佔用率的相近程度作為評估標準，二者佔用越接近，得分就越高，得分高的勝出。

image_locality.go：表示根據滿足當前pod物件需求的已有鏡的體積大小之和來選擇節點的。

least_requested.go:最少請求，空閒比例。對cpu來說，用cpu((capacity-sum(requested))*10/capacity)方式進行評估，得分最高的勝出。

most_requested.go：表示儘可能的把一個節點的資源先用完，這個和least_requested相反，二者不能同時使用。

node_prefer_avoid_pods.go：看節點是否有註解資訊"scheduler.alpha.kubernetes.io/preferAvoidPods"。沒有這個註解資訊，說明這個節點是適合執行這個pod的。

node_affinity.go：根據pod物件中的nodeselector，對節點進行匹配度檢查，能夠成功匹配的數量越多，得分就越高。

taint_toleration.go：將pod物件的spec.toleration與節點的taint列表項進行匹配度檢查，匹配的條目越多，得分越低。

selector_spreading.go：spreading是散開的意思，查詢當前pod物件對應的service，statefulset，replicatset等所匹配的標籤選擇器，在節點上執行的帶有這樣標籤的pod越少得分越高，這樣的pod優選被選出。這就是說我們要把同一個標籤選擇器下執行的pod散開(spreading)到多個節點上。

interpod_affinity.go:遍歷Pod物件親和性的條目，並將那些能夠匹配到節點權重相加，值越大的得分越高，得分高的勝出。

node_label.go：根據節點是否擁有標籤，來評估分數。

高階排程方式

包括兩類：

節點選擇器：nodeSelector（給node打上標籤，pod透過標籤預選節點），nodeName

節點親和排程：nodeAffinity

節點選擇器(nodeSelector,nodeName)

[root@master ~]# kubectl explain pods.spec.nodeSelector

[root@master scheduler]# cat pod-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-demo
  namespace: default
  labels:
    app: myapp  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: frontend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: myapp  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: ikubernetes/myapp:v1
  nodeSelector: #指定該pod執行在有disktype=ssd標籤的node節點上
    disktype: harddisk #自己隨便寫

[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod-demo.yaml 
pod/pod-demo created

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide |grep demo

pod-demo 0/1 Pending 0 14s <none> <none>

可見，我們的pod-demo沒有執行起來，這是因為沒有任何節點打了disktype=harddisk標籤。

那我們就給node2節點打disktype=harddisk標籤試試：

[root@master scheduler]# kubectl  label nodes node2 disktype=harddisk
node/node2 labeled

[root@master scheduler]# kubectl get nodes --show-labels  
NAME      STATUS    ROLES     AGE       VERSION   LABELS
master    Ready     master    34d       v1.11.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=master,node-role.kubernetes.io/master=
node1     Ready     <none>    34d       v1.11.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=ssd,kubernetes.io/hostname=node1
node2     Ready     <none>    34d       v1.11.2   beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,disktype=harddisk,kubernetes.io/hostname=node2

[root@master scheduler]#  kubectl get pods -o wide |grep demo
pod-demo                           1/1       Running            0          5m        10.244.2.29   node2         0          3m        10.244.1.51   node1

可以看到，我們新建立的pod-demo執行在node2節點上，因為只有node2才有disktype=harddisk標籤。

節點親和排程(nodeAffinity)

[root@master scheduler]# kubectl explain pods.spec.affinity
[root@master scheduler]# kubectl explain pods.spec.affinity.nodeAffinity
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:軟親和，可以滿足，也可以不滿足
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:硬親和，表示必須滿足
[root@master ~]# kubectl explain pods.spec.affinity.nodeAffinity.requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution.nodeSelectorTerms.matchExpressions

[root@master scheduler]# cat pod-nodeaffinity-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-node-affinity-demo
  namespace: default
  labels:
    app: myapp  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: frontend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: myapp  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: ikubernetes/myapp:v1
  affinity:
     nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬親和性
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: zone
            operator: In
            values:
            - foo
            - bar

[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod-nodeaffinity-demo.yaml 
pod/pod-node-affinity-demo created

[root@master ~]# kubectl get pods -o wide |grep affinity
pod-node-affinity-demo             0/1       Pending            0          15s       <none>        <none>

因為我們沒有任何一個節點擁有zone這個標籤，所以pod-node-affinity-demo執行不起來。

下面我們再建立一個軟親和性的pod。

[root@master scheduler]# cat pod-nodeaffinity-demo2.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-node-affinity-demo-2
  namespace: default
  labels:
    app: myapp  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: frontend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: myapp  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: ikubernetes/myapp:v1
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #軟親和性
      - preference:
          matchExpressions:
          - key: zone
            operator: In
            values:
            - foo
            - bar
        weight: 60

 
[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod-nodeaffinity-demo2.yaml 
pod/pod-node-affinity-demo-2 created

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide |grep affinity-demo-2
pod-node-affinity-demo-2           1/1       Running            0          1m        10.244.2.30   node2

看到pod-node-affinity-demo-2 執行起來了，因為這個pod我們是定義的軟親和性，表示即使任何節點都沒有zone標籤，也會找個節點讓Pod執行起來。

pod親和排程

rack是機櫃的意思，如果是用rack1、rack2、rack3、rack4這樣表示節點，那麼每個節點都是不同的位置；可是我們給每個節點都打一個row=row1，即表示這些機器都在第一排機櫃上，那麼這四個機器又在同一位置，即第一排。所以我們可以用row這樣的方式來做親和性。

 [root@master scheduler]# kubectl explain pods.spec.affinity.podAffinity
 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：軟親和，儘量滿足標籤
 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬親和，必須滿足標籤

[root@master scheduler]# kubectl explain pods.spec.affinity.podAffinity.requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
topologyKey：定義上圖row那樣的鍵
labelSelector：表示選定一組資源，跟哪些pod進行親和；
namespaces：指定Pod屬於哪個名稱空間中，一般我們不跨名稱空間去引用。

[root@master scheduler]# cat  pod-required-affnity-demo.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-first
  namespace: default
  labels:
    app: myapp  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: frontend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: myapp  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: ikubernetes/myapp:v1
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-second
  namespace: default
  labels:
    app: db  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: backend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: busybox  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","sleep 3600"]
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬親和性
      - labelSelector:
          matchExpressions: #匹配pod的，而不是匹配節點
          - {key: app, operator: In, values: ["myapp"]} #意思是當前這個pod要跟一個有著標籤app=myapp(要和上面pod-first的metadata裡面的標籤一致)的pod在一起
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod-required-affnity-demo.yaml 
pod/pod-first unchanged
pod/pod-second created

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME                               READY     STATUS             RESTARTS   AGE       IP            NODE
pod-first                          1/1       Running            0          2m        10.244.2.33   node2
pod-second                         1/1       Running            0          1m        10.244.2.34   node2

上面看到我們的兩個pod都執行在同一個節點了，這是因為pod-second會和pod-first執行在同一個節點上。

pod反親和排程

[root@master ~]# kubectl explain pods.spec.affinity.podAntiAffinity.requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

[root@master scheduler]# cat  pod-required-anti-affnity-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-first
  namespace: default
  labels:
    app: myapp  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: frontend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: myapp  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: ikubernetes/myapp:v1
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-second
  namespace: default
  labels:
    app: db  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: backend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: busybox  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","sleep 3600"]
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬親和性
      - labelSelector:
          matchExpressions: #匹配pod的，而不是匹配節點
          - {key: app, operator: In, values: ["myapp"]} #意思是當前這個pod要跟一個有著標籤app=myapp(要和上面pod-first的metadata裡面的標籤一致)的pod在一起
        topologyKey: kubernetes.io/hostname

[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod-required-anti-affnity-demo.yaml 
pod/pod-first created
pod/pod-second created

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME                               READY     STATUS             RESTARTS   AGE       IP            NODE
pod-first                          1/1       Running            0          1m        10.244.2.35   node2
pod-second                         0/1       Running            0          1m        10.244.2.36        node1

上面可以看到pod-first和pod-second就不會被排程到同一個節點上。

下面給兩個節點打標籤，給兩個節點打一樣的標籤

[root@master scheduler]# kubectl label nodes node2 zone=foo
node/node2 labeled
[root@master scheduler]# kubectl label nodes node1 zone=foo
node/node1 labeled

[root@master scheduler]# cat  pod-required-anti-affnity-demo.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-first
  namespace: default
  labels:
    app: myapp  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: frontend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: myapp  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: ikubernetes/myapp:v1
---
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-second
  namespace: default
  labels:
    app: db  #kv格式的，也可以用花括號表示
    tier: backend #定義所屬的層次
  annotations:
    chenzx.com/created-by: "cluster-admin" #這是註解的鍵值對
spec:
  containers: 
  - name: busybox  #前面的-號表示這是一個列表格式的,也可以用中括號表示
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command: ["sh","-c","sleep 3600"]
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: #硬親和性
      - labelSelector:
          matchExpressions: #匹配pod的，而不是匹配節點
          - {key: app, operator: In, values: ["myapp"]} #意思是當前這個pod要跟一個有著標籤app=myapp(要和上面pod-first的metadata裡面的標籤一致)的pod在一起
        topologyKey: zone

上面把topologyKey（標籤選擇器的值）的值改成zone，而pod排程策略是podAntiAffinity反親和性，所以pod-first和pod-second不能同時執行在標有zone標籤的節點上。所以最終出現的現場就是有一個pod-first能成功執行，而另外一個pod-second因為是反親和的，沒有節點可以執行而處於pending狀態。

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME                               READY     STATUS             RESTARTS   AGE       IP            NODE
pod-first                          1/1       Running            0          10m       10.244.2.37   node2
pod-second                         0/1       Pending            0          10m       <none>        <none>

汙點排程

前面幾種排程方式都是讓pod來選擇節點。汙點是讓節點來選擇哪些pod能執行在其上面。

汙點也是鍵值對。

[root@master scheduler]# kubectl explain nodes.spec.taints
effect：表示當pod不能容忍節點上汙點時的行為是什麼，主要有三種行為：
NoSchedule:僅影響排程過程，不影響現存pod。沒排程過來的就排程不過來了。如果對節點新加了汙點，那麼對節點上現存的Pod沒有影響。
NoExecute:既影響排程過程，也影響現存Pod，沒排程過來的就排程不過來了，如果對節點新加了汙點，那麼對現存的pod物件將會被驅逐
PreferNoSchedule:不能容忍就不能排程過來，但是實在沒辦法也是能排程過來的。對節點新加了汙點，那麼對節點上現存的pod沒有影響。

檢視節點的汙點：

[root@master scheduler]# kubectl describe node node1
Taints:             <none>

檢視pod的容忍度：

[root@master scheduler]# kubectl describe pods myapp-0
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s

每次都要檢查pod的容忍度是否和節點的汙點匹配。

下面我們給node1打上汙點node-type=production:NoSchedule，注意汙點和容忍度都是自定義的鍵值對。

[root@master scheduler]# kubectl taint node node1 node-type=production:NoSchedule
node/node1 tainted

[root@master scheduler]# kubectl explain pods.spec.tolerations
tolerationSeconds：表示寬限多長時間pod被驅逐
operator：運算子，其值有Exists表示只要節點有這個汙點的key，pod都能容忍；Equal表示只要節點必須精確匹配汙點的key和value才能容忍，

[root@master scheduler]# cat pod-demo.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: canary
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: canary
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: ikubernetes/myapp:v1
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
      tolerations: 
        - key: "node-type"
          operator: "Equal" #表示只要節點必須精確匹配汙點的key和value才能容忍
          value: "production"
          effect: "NoSchedule"

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME                            READY     STATUS              RESTARTS   AGE       IP            NODE
myapp-deploy-98fddd79f-6dzbg    1/1       Running             0          9s        10.244.1.58   node1
myapp-deploy-98fddd79f-8fqn4    1/1       Running             0          12s       10.244.1.57   node1
myapp-deploy-98fddd79f-cqnbj    1/1       Running             0          6s        10.244.1.59   node1

看到pod能容忍node1的汙點node-type=production:NoSchedule，所以pod可以被排程到node1上執行。

下面我們把operator: "Equal"改成operator: "Exists"

[root@master scheduler]# cat pod-demo.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: canary
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: canary
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: ikubernetes/myapp:v1
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
      tolerations: 
        - key: "node-type"
          operator: "Exists" #表示只要節點匹配key: node-type,不管其value是什麼，pod都能容忍節點上的汙點
          value: ""
          effect: "NoSchedule"

[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod-demo.yaml

[root@master scheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME                            READY     STATUS              RESTARTS   AGE       IP            NODE
myapp-deploy-7dd988dc9d-747t4   1/1       Running             0          51s       10.244.2.45   node2
myapp-deploy-7dd988dc9d-cl4ft   1/1       Running             0          47s       10.244.1.60   node1
myapp-deploy-7dd988dc9d-hnrr5   1/1       Running             0          49s       10.244.2.46   node2

最後，我們去掉節點上的汙點：

[root@master metrics]# kubectl taint node node1 node-type-
node/node1 untainted

docker筆記33-排程器、預選策略及優選函式