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kubernetes/kubernetes-Pod详解.md

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<h2><center>Kubernetes Pod详解</center></h2>
------
## 一：Pod 介绍
### 1. Pod 结构
![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/kubernetes/images-202504140008.png)
每个`Pod`中都可以包含一个或多个容器，这些容器可以分为两类：
- 用户程序所在的容器，数量可多可少
- `Pause`容器，这是每个`Pod`都会有的一个根容器，它的作用有两个：
- 可以以它为依据，评估整个Pod的健康状态
- 可以在根容器上设置`ip`地址，其它容器都此`ip`（Pod ip），以实现`Pod`内部的网络通信
这里是`Pod`内部的通讯，`Pod`的之间的通讯采用虚拟二层网络技术来实现，我们当前环境用的是`Flannel`
### 2. Pod 定义
下面是`Pod`的资源清单：
```yaml
apiVersion: v1 #必选，版本号，例如v1
kind: Pod 　 #必选，资源类型，例如 Pod
metadata: 　 #必选，元数据
name: string #必选，Pod名称
namespace: string #Pod所属的命名空间,默认为"default"
labels: 　　 #自定义标签列表
- name: string 　
spec: #必选，Pod中容器的详细定义
containers: #必选，Pod中容器列表
- name: string #必选，容器名称
image: string #必选，容器的镜像名称
imagePullPolicy: [ Always|Never|IfNotPresent ] #获取镜像的策略
command: [string] #容器的启动命令列表，如不指定，使用打包时使用的启动命令
args: [string] #容器的启动命令参数列表
workingDir: string #容器的工作目录
volumeMounts: #挂载到容器内部的存储卷配置
- name: string #引用pod定义的共享存储卷的名称，需用volumes[]部分定义的的卷名
mountPath: string #存储卷在容器内mount的绝对路径，应少于512字符
readOnly: boolean #是否为只读模式
ports: #需要暴露的端口库号列表
- name: string #端口的名称
containerPort: int #容器需要监听的端口号
hostPort: int #容器所在主机需要监听的端口号，默认与Container相同
protocol: string #端口协议，支持TCP和UDP，默认TCP
env: #容器运行前需设置的环境变量列表
- name: string #环境变量名称
value: string #环境变量的值
resources: #资源限制和请求的设置
limits: #资源限制的设置
cpu: string #Cpu的限制，单位为core数，将用于docker run --cpu-shares参数
memory: string #内存限制，单位可以为Mib/Gib，将用于docker run --memory参数
requests: #资源请求的设置
cpu: string #Cpu请求，容器启动的初始可用数量
memory: string #内存请求,容器启动的初始可用数量
lifecycle: #生命周期钩子
postStart: #容器启动后立即执行此钩子,如果执行失败,会根据重启策略进行重启
preStop: #容器终止前执行此钩子,无论结果如何,容器都会终止
livenessProbe: #对Pod内各容器健康检查的设置，当探测无响应几次后将自动重启该容器
exec: 　 #对Pod容器内检查方式设置为exec方式
command: [string] #exec方式需要制定的命令或脚本
httpGet: #对Pod内个容器健康检查方法设置为HttpGet，需要制定Path、port
path: string
port: number
host: string
scheme: string
HttpHeaders:
- name: string
value: string
tcpSocket: #对Pod内个容器健康检查方式设置为tcpSocket方式
port: number
initialDelaySeconds: 0 #容器启动完成后首次探测的时间，单位为秒
timeoutSeconds: 0 　　 #对容器健康检查探测等待响应的超时时间，单位秒，默认1秒
periodSeconds: 0 　　 #对容器监控检查的定期探测时间设置，单位秒，默认10秒一次
successThreshold: 0
failureThreshold: 0
securityContext:
privileged: false
restartPolicy: [Always | Never | OnFailure] #Pod的重启策略
nodeName: <string> #设置NodeName表示将该Pod调度到指定到名称的node节点上
nodeSelector: obeject #设置NodeSelector表示将该Pod调度到包含这个label的node上
imagePullSecrets: #Pull镜像时使用的secret名称，以key：secretkey格式指定
- name: string
hostNetwork: false #是否使用主机网络模式，默认为false，如果设置为true，表示使用宿主机网络
volumes: #在该pod上定义共享存储卷列表
- name: string #共享存储卷名称 （volumes类型有很多种）
emptyDir: {} #类型为emtyDir的存储卷，与Pod同生命周期的一个临时目录。为空值
hostPath: string #类型为hostPath的存储卷，表示挂载Pod所在宿主机的目录
path: string 　　 #Pod所在宿主机的目录，将被用于同期中mount的目录
secret: 　　　#类型为secret的存储卷，挂载集群与定义的secret对象到容器内部
scretname: string
items:
- key: string
path: string
configMap: #类型为configMap的存储卷，挂载预定义的configMap对象到容器内部
name: string
items:
- key: string
path: string
```
查看每种资源的可配置项
```bash
kubectl explain 资源类型 查看某种资源可以配置的一级属性
kubectl explain 资源类型.属性 查看属性的子属性
[root@master ~]# kubectl explain pod
KIND: Pod
VERSION: v1
FIELDS:
apiVersion <string>
kind <string>
metadata <Object>
spec <Object>
status <Object>
[root@master ~]# kubectl explain pod.metadata
KIND: Pod
VERSION: v1
RESOURCE: metadata <Object>
FIELDS:
annotations <map[string]string>
clusterName <string>
creationTimestamp <string>
deletionGracePeriodSeconds <integer>
deletionTimestamp <string>
finalizers <[]string>
generateName <string>
generation <integer>
labels <map[string]string>
managedFields <[]Object>
name <string>
namespace <string>
ownerReferences <[]Object>
resourceVersion <string>
selfLink <string>
uid <string>
```
## 二：Pod 配置
本小节主要来研究`pod.spec.containers`属性，这也是`pod`配置中最为关键的一项配置。
```bash
[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.containers
KIND: Pod
VERSION: v1
RESOURCE: containers <[]Object> # 数组，代表可以有多个容器
FIELDS:
args <[]string> # 容器的启动命令需要的参数列表
command <[]string> # 容器的启动命令列表，如不指定，使用打包时使用的启动命令
env <[]Object> # 容器环境变量的配置
envFrom <[]Object>
image <string> # 容器需要的镜像地址
lifecycle <Object>
name <string> -required- # 容器名称
ports <[]Object> # 容器需要暴露的端口号列表
readinessProbe <Object>
resources <Object> # 资源限制和资源请求的设置
securityContext <Object>
startupProbe <Object>
stdin <boolean>
stdinOnce <boolean>
terminationMessagePath <string>
tty <boolean>
volumeDevices <[]Object>
volumeMounts <[]Object>
workingDir <string>
```
### 1. 基本配置
创建`pod-base.yaml`文件，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-base
namespace: dev
labels:
user: heima
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
- name: busybox
image: busybox:1.30
```
上面定义了一个比较简单的`Pod`的配置，里面有两个容器：
- `nginx`：`1.17.1`版本的`nginx`镜像创建。（`nginx`是一个轻量级`web`容器）
- `busybox`：用`1.30`版本的`busybox`镜像创建。（``busybox`是一个小巧的`linux`命令集合）
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl apply -f pod-base.yaml
pod/pod-base created
# 查看Pod状况
# READY 1/2 : 表示当前Pod中有2个容器，其中1个准备就绪，1个未就绪
# RESTARTS : 重启次数，因为有1个容器故障了，Pod一直在重启试图恢复它
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-base 1/2 NotReady 3 (32s ago) 46s
# 可以通过describe查看内部的详情
# 此时已经运行起来了一个基本的Pod，虽然它暂时有问题
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-base -n dev
```
### 2. 镜像拉取
创建`pod-imagepullpolicy.yaml`文件，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-imagepullpolicy
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
imagePullPolicy: Nerver # 用于设置镜像拉取策略
- name: busybox
image: busybox:1.30
```
`imagePullPolicy`，用于设置镜像拉取策略，`kubernetes`支持配置三种拉取策略：
- `Always`：总是从远程仓库拉取镜像（一直远程下载）
- `IfNotPresent`：本地有则使用本地镜像，本地没有则从远程仓库拉取镜像（本地有就本地 本地没远程下载）
- `Never`：只使用本地镜像，从不去远程仓库拉取，本地没有就报错 （一直使用本地）
默认值说明：
- 如果镜像`tag`为具体版本号， 默认策略是：`IfNotPresent`
- 如果镜像`tag`为：`latest`（最终版本） ，默认策略是`always`
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-imagepullpolicy.yaml
pod/pod-imagepullpolicy created
# 查看Pod详情
# 本地没有nginx:v1.17.1镜像，所以报错
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-imagepullpolicy -n dev
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 25s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-imagepullpolicy to node2
Warning ErrImageNeverPull 10s (x6 over 24s) kubelet Container image "nginx:1.17.1" is not present with pull policy of Never
Warning Failed 10s (x6 over 24s) kubelet Error: ErrImageNeverPull
Normal Pulled 10s (x3 over 24s) kubelet Container image "busybox:1.30" already present on machine
Normal Created 10s (x3 over 24s) kubelet Created container busybox
Normal Started 10s (x3 over 24s) kubelet Started container busybox
Warning BackOff 10s (x3 over 22s) kubelet Back-off restarting failed container
# 查看Pod状况
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-base 1/2 CrashLoopBackOff 6 (4m21s ago) 10m
pod-imagepullpolicy 0/2 CrashLoopBackOff 4 (63s ago) 2m53s
# 本地已有nginx:v1.17.1镜像，镜像部署成功
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-imagepullpolicy -n dev
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 2s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-imagepullpolicy to node1
Normal Pulled 2s kubelet Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
Normal Created 2s kubelet Created container nginx
Normal Started 2s kubelet Started container nginx
Normal Pulled 2s (x2 over 2s) kubelet Container image "busybox:1.30" already present on machine
Normal Created 1s (x2 over 2s) kubelet Created container busybox
Normal Started 1s (x2 over 2s) kubelet Started container busybox
Warning BackOff 0s kubelet Back-off restarting failed container
# 查看Pod状况
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-base 1/2 CrashLoopBackOff 8 (2m38s ago) 18m
pod-imagepullpolicy 1/2 NotReady 4 (53s ago) 99s
```
### 3. 启动命令
在前面的案例中，一直有一个问题没有解决，就是的busybox容器一直没有成功运行，那么到底是什么原因导致这个容器的故障呢？
原来busybox并不是一个程序，而是类似于一个工具类的集合，kubernetes集群启动管理后，它会自动关闭。解决方法就是让其一直在运行，这就用到了command配置。
创建pod-command.yaml文件，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-command
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
- name: busybox
image: busybox:1.30
command: ["/bin/sh","-c","touch /tmp/hello.txt;while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done;"]
```
command，用于在pod中的容器初始化完毕之后运行一个命令。
稍微解释下上面命令的意思：
- `"/bin/sh"`,`"-c"`, 使用sh执行命令
- `touch /tmp/hello.txt; `创建一个`/tmp/hello.txt` 文件
- `while true;do /bin/echo $(date +%T) >> /tmp/hello.txt; sleep 3; done`; 每隔3秒向文件中写入当前时间
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-command.yaml
pod/pod-command created
# 查看Pod状态
# 此时发现两个pod都正常运行了
[root@master ~]# kubectl get pods pod-command -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-command 2/2 Running 0 69m
# 进入pod中的busybox容器，查看文件内容
# 补充一个命令: kubectl exec pod名称 -n 命名空间 -it -c 容器名称 /bin/sh 在容器内部执行命令
# 使用这个命令就可以进入某个容器的内部，然后进行相关操作了
# 比如，可以查看txt文件的内容
[root@master ~]# kubectl exec pod-command -n dev -it -c busybox /bin/sh
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
/ # tail -f /tmp/hello.txt
03:45:08
03:45:11
03:45:14
03:45:17
...
```
特别说明：
​ 通过上面发现`command`已经可以完成启动命令和传递参数的功能，为什么这里还要提供一个`args`选项，用于传递参数呢?这其实跟`docker`有点关系，`kubernetes`中的`command`、`args`两项其实是实现覆盖`Dockerfile`中`ENTRYPOINT`的功能。
- 如果`command`和`args`均没有写，那么用`Dockerfile`的配置。
- 如果`command`写了，但`args`没有写，那么`Dockerfile`默认的配置会被忽略，执行输入的`command`
- 如果`command`没写，但`args`写了，那么`Dockerfile`中配置的`ENTRYPOINT`的命令会被执行，使用当前args的参数
- 如果`command`和`args`都写了，那么`Dockerfile`的配置被忽略，执行`command`并追加上`args`参数
### 4. 环境变量
创建`pod-env.yaml`文件，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-env
namespace: dev
spec:
containers:
- name: busybox
image: busybox:1.30
command: ["/bin/sh","-c","while true; do /bin/echo $(date +%T);sleep 60; done;"]
env: # 设置环境变量列表
- name: "username"
value: "admin"
- name: "password"
value: "123456"
```
`env`，环境变量，用于在`pod`中的容器设置环境变量。
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-env.yaml
pod/pod-env created
# 进入容器，输出环境变量
[root@master ~]# kubectl exec pod-env -n dev -c busybox -it /bin/sh
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
/ # echo $username
admin
/ # echo $password
123456
```
### 5. 端口设置
本小节来介绍容器的端口设置，也就是`containers`的`ports`选项。
首先看下`ports`支持的子选项：
```bash
[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.ports
KIND: Pod
VERSION: v1
RESOURCE: ports <[]Object>
FIELDS:
containerPort <integer> -required- # 容器要监听的端口(0<x<65536)
hostIP <string> # 要将外部端口绑定到的主机IP(一般省略)
hostPort <integer> # 容器要在主机上公开的端口，如果设置，主机上只能运行容器的一个副本(一般省略)
name <string> # 端口名称，如果指定，必须保证name在pod中是唯一的
protocol <string> # 端口协议。必须是UDP、TCP或SCTP。默认为“TCP”。
```
创建`pod-ports.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-ports
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports: # 设置容器暴露的端口列表
- name: nginx-port
containerPort: 80
protocol: TCP
```
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-ports.yaml
pod/pod-ports created
# 查看pod
# 在下面可以明显看到配置信息
[root@master ~]# kubectl get pod pod-ports -n dev -o yaml
...
spec:
containers:
- image: nginx:1.17.1
imagePullPolicy: IfNotPresent
name: nginx
ports:
- containerPort: 80
name: nginx-port
protocol: TCP
...
```
访问容器中的程序需要使用的是`Podip:containerPort`
### 6. 资源配额
​ 容器中的程序要运行，肯定是要占用一定资源的，比如`cpu`和内存等，如果不对某个容器的资源做限制，那么它就可能吃掉大量资源，导致其它容器无法运行。针对这种情况，`kubernetes`提供了对内存和`cpu`的资源进行配额的机制，这种机制主要通过`resources`选项实现，他有两个子选项：
- `limits`：用于限制运行时容器的最大占用资源，当容器占用资源超过`limits`时会被终止，并进行重启
- `requests`：用于设置容器需要的最小资源，如果环境资源不够，容器将无法启动
可以通过上面两个选项设置资源的上下限。
接下来，编写一个测试案例，创建`pod-resources.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-resources
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
resources:
limits:
cpu: "2"
memory: "10Gi"
requests:
cpu: "1"
memory: "10Mi"
```
在这对`cpu`和`memory`的单位做一个说明：
- `cpu`：`core`数，可以为整数或小数
- `memory`：内存大小，可以使用`Gi`、`Mi`、`G`、`M`等形式
```bash
# 运行Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-resources.yaml
pod/pod-resources created
# 查看发现pod运行正常
[root@master ~]# kubectl get pod pod-resources -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-resources 1/1 Running 0 42s
# 接下来，停止Pod
[root@master ~]# kubectl delete -f pod-resources.yaml
pod "pod-resources" deleted
# 编辑pod，修改resources.requests.memory的值为10Gi
[root@master ~]# vim pod-resources.yaml
# 再次启动pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-resources.yaml
pod/pod-resources created
# 查看Pod状态，发现Pod启动失败
[root@master ~]# kubectl get pod pod-resources -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-resources 0/1 Pending 0 13s <none> <none> <none> <none>
# 查看pod详情会发现，如下提示
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-resources -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Warning FailedScheduling 38s default-scheduler 0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 Insufficient memory.
```
## 三：Pod 生命周期
我们一般将`pod`对象从创建至终的这段时间范围称为`pod`的生命周期，它主要包含下面的过程：
- `pod`创建过程
- 运行初始化容器（`init container`）过程
- 运行主容器（`main container`）
1. 容器启动后钩子（`post start`）、容器终止前钩子（`pre stop`）
2. 容器的存活性探测（`liveness probe`）、就绪性探测（`readiness probe`）
- `pod`终止过程
![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/kubernetes/images-202504150009.png)
在整个生命周期中，`Pod`会出现5种状态（相位），分别如下：
- 挂起（`Pending`）：`apiserver`已经创建了`pod`资源对象，但它尚未被调度完成或者仍处于下载镜像的过程中
- 运行中（`Running`）：`pod`已经被调度至某节点，并且所有容器都已经被`kubelet`创建完成
- 成功（`Succeeded`）：`pod`中的所有容器都已经成功终止并且不会被重启
- 失败（`Failed`）：所有容器都已经终止，但至少有一个容器终止失败，即容器返回了非0值的退出状态
- 未知（`Unknown`）：`apiserver`无法正常获取到`pod`对象的状态信息，通常由网络通信失败所导致
### 1. 创建和终止
**`pod`的创建过程**
1. 用户通过`kubectl`或其他`api`客户端提交需要创建的`pod`信息给`apiServer`
2. `apiServer`开始生成`pod`对象的信息，并将信息存入`etcd`，然后返回确认信息至客户端
3. `apiServer`开始反映`etcd`中的`pod`对象的变化，其它组件使用`watch`机制来跟踪检查`apiServer`上的变动
4. `scheduler`发现有新的`pod`对象要创建，开始为`Pod`分配主机并将结果信息更新至`apiServer`
5. `node`节点上的`kubelet`发现有`pod`调度过来，尝试调用`docker`启动容器，并将结果回送至`apiServer`
6. `apiServer`将接收到的pod状态信息存入`etcd`中
![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/kubernetes/images-202504150010.png)
**`pod`的终止过程**
1. 用户向`apiServer`发送删除`pod`对象的命令
2. `apiServcer`中的`pod`对象信息会随着时间的推移而更新，在宽限期内（默认30s），`pod`被视为`dead`
3. 将`pod`标记为`terminating`状态
4. `kubelet`在监控到`pod`对象转为`terminating`状态的同时启动`pod`关闭过程
5. 端点控制器监控到`pod`对象的关闭行为时将其从所有匹配到此端点的`service`资源的端点列表中移除
6. 如果当前`pod`对象定义了`preStop`钩子处理器，则在其标记为`terminating`后即会以同步的方式启动执行
7. `pod`对象中的容器进程收到停止信号
8. 宽限期结束后，若`pod`中还存在仍在运行的进程，那么`pod`对象会收到立即终止的信号
9. `kubelet`请求`apiServer`将此`pod`资源的宽限期设置为0从而完成删除操作，此时`pod`对于用户已不可见
### 2. 初始化容器
初始化容器是在`pod`的主容器启动之前要运行的容器，主要是做一些主容器的前置工作，它具有两大特征：
1. 初始化容器必须运行完成直至结束，若某初始化容器运行失败，那么`kubernetes`需要重启它直到成功完成
2. 初始化容器必须按照定义的顺序执行，当且仅当前一个成功之后，后面的一个才能运行
初始化容器有很多的应用场景，下面列出的是最常见的几个：
- 提供主容器镜像中不具备的工具程序或自定义代码
- 初始化容器要先于应用容器串行启动并运行完成，因此可用于延后应用容器的启动直至其依赖的条件得到满足
接下来做一个案例，模拟下面这个需求：
假设要以主容器来运行`nginx`，但是要求在运行`nginx`之前先要能够连接上`mysql`和`redis`所在服务器
为了简化测试，事先规定好`mysql`（192.168.90.14）和`redis`（192.168.90.15）服务器的地址
创建`pod-initcontainer.yaml`，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-initcontainer
namespace: dev
spec:
containers:
- name: main-container
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
initContainers:
- name: test-mysql
image: busybox:1.30
command: ["sh","-c","until ping 192.168.159.134 -c 1 ; do echo waiting for mysql...; sleep 2; done;"]
- name: test-redis
image: busybox:1.30
command: ["sh","-c","until ping 192.168.159.135 -c 1 ; do echo waiting for redis...; sleep 2; done;"]
```
```bash
# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-initcontainer.yaml
pod/pod-initcontainer created
# 查看pod状态
# 发现pod卡在启动第一个初始化容器过程中，后面的容器不会运行
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-initcontainer -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 17s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-initcontainer to node2
Normal Pulled 16s kubelet Container image "busybox:1.30" already present on machine
Normal Created 16s kubelet Created container test-mysql
Normal Started 16s kubelet Started container test-mysql
# 动态查看pod
[root@master ~]# kubectl get pods pod-initcontainer -n dev -w
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-initcontainer 0/1 Init:0/2 0 15s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 52s
pod-initcontainer 0/1 Init:1/2 0 53s
pod-initcontainer 0/1 PodInitializing 0 89s
pod-initcontainer 1/1 Running 0 90s
# 接下来新开一个shell，为当前服务器新增两个ip，观察pod的变化
[root@master ~]# ifconfig ens33:1 192.168.90.14 netmask 255.255.255.0 up
[root@master ~]# ifconfig ens33:2 192.168.90.15 netmask 255.255.255.0 up
```
### 3. 钩子函数
钩子函数能够感知自身生命周期中的事件，并在相应的时刻到来时运行用户指定的程序代码。
`kubernetes`在主容器的启动之后和停止之前提供了两个钩子函数：
- `post start`：容器创建之后执行，如果失败了会重启容器
- `pre stop`：容器终止之前执行，执行完成之后容器将成功终止，在其完成之前会阻塞删除容器的操作
钩子处理器支持使用下面三种方式定义动作：
- `Exec`命令：在容器内执行一次命令
```yaml
...
lifecycle:
postStart:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
...
```
- `Exec`命令：在容器内执行一次命令
```yaml
...
lifecycle:
postStart:
tcpSocket:
port: 8080
...
```
- `HTTPGet`：在当前容器中向某`url`发起`http`请求
```yaml
...
lifecycle:
postStart:
httpGet:
path: / # URI地址
port: 80 # 端口号
host: 192.168.159.130 # 主机地址
scheme: HTTP # 支持的协议，http或者https
...
```
接下来，以`exec`方式为例，演示下钩子函数的使用，创建`pod-hook-exec.yaml`文件，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-hook-exec
namespace: dev
spec:
containers:
- name: main-container
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
lifecycle:
postStart:
exec: # 在容器启动的时候执行一个命令，修改掉nginx的默认首页内容
command: ["/bin/sh","-c","echo postStart... > /usr/share/nginx/html/index.html"]
preStop:
exec: # 在容器停止之前停止nginx服务
command: ["/usr/sbin/nginx","quit"]
```
```bash
# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-hook-exec.yaml
pod/pod-hook-exec created
# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pod pod-hook-exec -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-hook-exec 1/1 Running 0 31s 10.244.1.9 node1 <none> <none>
# 访问pod
[root@master ~]# curl 10.244.1.9
postStart...
```
### 4. 容器探测
容器探测用于检测容器中的应用实例是否正常工作，是保障业务可用性的一种传统机制。如果经过探测，实例的状态不符合预期，那么`kubernetes`就会把该问题实例" 摘除 "，不承担业务流量。`kubernetes`提供了两种探针来实现容器探测，分别是：
- `liveness probes`：存活性探针，用于检测应用实例当前是否处于正常运行状态，如果不是，`k8s`会重启容器
- `readiness probes`：就绪性探针，用于检测应用实例当前是否可以接收请求，如果不能，`k8s`不会转发流量
`livenessProbe`决定是否重启容器，`readinessProbe`决定是否将请求转发给容器。
上面两种探针目前均支持三种探测方式：
- `Exec`命令：在容器内执行一次命令，如果命令执行的退出码为0，则认为程序正常，否则不正常
```yaml
...
livenessProbe:
exec:
command:
- cat
- /tmp/healthy
...
```
- `TCPSocket`：将会尝试访问一个用户容器的端口，如果能够建立这条连接，则认为程序正常，否则不正常
```yaml
...
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080
...
```
- `HTTPGet`：调用容器内`Web`应用的URL，如果返回的状态码在200和399之间，则认为程序正常，否则不正常
```yaml
...
livenessProbe:
httpGet:
path: / # URI地址
port: 80 # 端口号
host: 127.0.0.1 # 主机地址
scheme: HTTP # 支持的协议，http或https
...
```
下面以`liveness probes`为例，做几个演示：
**方式一：`Exec`**
创建`pod-liveness-exec.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-liveness-exec
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-pod
containerPort: 80
livenessProbe:
exec:
command: ["/bin/cat","/tmp/hello.txt"] # 执行一个查看文件的命令
```
创建`pod`，观察效果
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-exec.yaml
pod/pod-liveness-exec created
# 查看Pod详情
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-liveness-exec -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 58s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-liveness-exec to node1
Normal Pulled 28s (x2 over 58s) kubelet Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
Normal Created 28s (x2 over 58s) kubelet Created container nginx
Normal Started 28s (x2 over 58s) kubelet Started container nginx
Normal Killing 28s kubelet Container nginx failed liveness probe, will be restarted
Warning Unhealthy 8s (x5 over 48s) kubelet Liveness probe failed: /bin/cat: /tmp/hello.txt: No such file or directory
# 观察上面的信息就会发现nginx容器启动之后就进行了健康检查
# 检查失败之后，容器被kill掉，然后尝试进行重启（这是重启策略的作用，后面讲解）
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
[root@master ~]# kubectl get pods pod-liveness-exec -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-liveness-exec 1/1 Running 4 (6s ago) 2m6s
# 当然接下来，可以修改成一个存在的文件，比如/tmp/hello.txt，再试，结果就正常了......
```
**方式二：`TCPSocket`**
创建`pod-liveness-tcpsocket.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-liveness-tcpsocket
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
livenessProbe:
tcpSocket:
port: 8080 # 尝试访问8080端口
```
创建`pod`，观察效果
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-tcpsocket.yaml
pod/pod-liveness-tcpsocket created
# 查看Pod详情
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-liveness-tcpsocket -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 42s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-liveness-tcpsocket to node2
Normal Pulled 12s (x2 over 42s) kubelet Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
Normal Created 12s (x2 over 42s) kubelet Created container nginx
Normal Started 12s (x2 over 42s) kubelet Started container nginx
Normal Killing 12s kubelet Container nginx failed liveness probe, will be restarted
Warning Unhealthy 2s (x4 over 32s) kubelet Liveness probe failed: dial tcp 10.244.2.12:8080: connect: connection refused
# 观察上面的信息，发现尝试访问8080端口,但是失败了
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
[root@master ~]# kubectl get pods pod-liveness-tcpsocket -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-liveness-tcpsocket 1/1 Running 2 (10s ago) 70s
# 当然接下来，可以修改成一个可以访问的端口，比如80，再试，结果就正常了......
```
**方式三：`HTTPGet`**
创建`pod-liveness-httpget.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-liveness-httpget
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-pod
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet: # 其实就是访问http://127.0.0.1:80/hello
scheme: HTTP # 支持的协议，http或https
port: 80 # 端口号
path: /hello # URI地址
```
创建`pod`，观察效果
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-liveness-httpget.yaml
pod/pod-liveness-httpget created
# 查看Pod详情
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-liveness-httpget -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 53s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-liveness-httpget to node1
Normal Pulled 23s (x2 over 53s) kubelet Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
Normal Created 23s (x2 over 53s) kubelet Created container nginx
Normal Started 23s (x2 over 53s) kubelet Started container nginx
Normal Killing 23s kubelet Container nginx failed liveness probe, will be restarted
Warning Unhealthy 3s (x5 over 43s) kubelet Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
# 观察上面信息，尝试访问路径，但是未找到,出现404错误
# 稍等一会之后，再观察pod信息，就可以看到RESTARTS不再是0，而是一直增长
[root@master ~]# kubectl get pod pod-liveness-httpget -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-liveness-httpget 1/1 Running 3 (13s ago) 103s
# 当然接下来，可以修改成一个可以访问的路径path，比如/，再试，结果就正常了......
```
至此，已经使用`liveness Probe`演示了三种探测方式，但是查看`livenessProbe`的子属性，会发现除了这三种方式，还有一些其他的配置，在这里一并解释下：
```bash
[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.containers.livenessProbe
KIND: Pod
VERSION: v1
RESOURCE: livenessProbe <Object>
FIELDS:
exec <Object>
failureThreshold <integer> # 连续探测失败多少次才被认定为失败。默认是3。最小值是1
grpc <Object>
httpGet <Object>
initialDelaySeconds <integer> # 容器启动后等待多少秒执行第一次探测
periodSeconds <integer> # 执行探测的频率。默认是10秒，最小1秒
successThreshold <integer> # 连续探测成功多少次才被认定为成功。默认是1
tcpSocket <Object>
terminationGracePeriodSeconds <integer>
timeoutSeconds <integer> # 探测超时时间。默认1秒，最小1秒
```
下面稍微配置两个，演示下效果即可：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-liveness-httpget
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-pod
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet:
scheme: HTTP
port: 80
path: /
initialDelaySeconds: 30 # 容器启动后30s开始探测
timeoutSeconds: 5 # 探测超时时间为5s
```
### 5. 重启策略
在上一节中，一旦容器探测出现了问题，`kubernetes`就会对容器所在的`Pod`进行重启，其实这是由`pod`的重启策略决定的，`pod`的重启策略有 3 种，分别如下：
- `Always`：容器失效时，自动重启该容器，这也是默认值。
- `OnFailure`： 容器终止运行且退出码不为0时重启
- `Never`： 不论状态为何，都不重启该容器
重启策略适用于pod对象中的所有容器，首次需要重启的容器，将在其需要时立即进行重启，随后再次需要重启的操作将由kubelet延迟一段时间后进行，且反复的重启操作的延迟时长以此为10s、20s、40s、80s、160s和300s，300s是最大延迟时长。
创建`pod-restartpolicy.yaml`：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-restartpolicy
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
ports:
- name: nginx-port
containerPort: 80
livenessProbe:
httpGet:
scheme: HTTP
port: 80
path: /hello
restartPolicy: Never # 设置重启策略为Never
```
运行`Pod`测试
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-restartpolicy.yaml
pod/pod-restartpolicy created
# 查看Pod详情，发现nginx容器失败
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-restartpolicy -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 39s default-scheduler Successfully assigned dev/pod-restartpolicy to node2
Normal Pulled 39s kubelet Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
Normal Created 39s kubelet Created container nginx
Normal Started 39s kubelet Started container nginx
Warning Unhealthy 9s (x3 over 29s) kubelet Liveness probe failed: HTTP probe failed with statuscode: 404
Normal Killing 9s kubelet Stopping container nginx
# 多等一会，再观察pod的重启次数，发现一直是0，并未重启
[root@master ~]# kubectl get pods pod-restartpolicy -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-restartpolicy 0/1 Completed 0 67s
```
## 四：Pod 调度
在默认情况下，一个`Pod`在哪个`Node`节点上运行，是由`Scheduler`组件采用相应的算法计算出来的，这个过程是不受人工控制的。但是在实际使用中，这并不满足的需求，因为很多情况下，我们想控制某些`Pod`到达某些节点上，那么应该怎么做呢？这就要求了解`kubernetes`对`Pod`的调度规则，`kubernetes`提供了四大类调度方式：
- 自动调度：运行在哪个节点上完全由`Scheduler`经过一系列的算法计算得出
- 定向调度：`NodeName`、`NodeSelector`
- 亲和性调度：`NodeAffinity`、`PodAffinity`、`PodAntiAffinity`
- 污点（容忍）调度：`Taints`、`Toleration`
### 1. 定向调度
定向调度，指的是利用在`pod`上声明`nodeName`或者`nodeSelector`，以此将`Pod`调度到期望的`node`节点上。注意，这里的调度是强制的，这就意味着即使要调度的目标`Node`不存在，也会向上面进行调度，只不过`pod`运行失败而已。
**NodeName**
`NodeName`用于强制约束将`Pod`调度到指定的`Name`的`Node`节点上。这种方式，其实是直接跳过`Scheduler`的调度逻辑，直接将`Pod`调度到指定名称的节点。
接下来，实验一下：创建一个`pod-nodename.yaml`文件
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodename
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
nodeName: node1 # 指定调度到node1节点上
```
```bash
#创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml
pod/pod-nodename created
#查看Pod调度到NODE属性，确实是调度到了node1节点上
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodename -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-nodename 1/1 Running 0 29s 10.244.1.12 node1 <none> <none>
# 接下来，删除pod，修改nodeName的值为node3（并没有node3节点）
[root@master ~]# kubectl delete -f pod-nodename.yaml
pod "pod-nodename" deleted
[root@master ~]# vim pod-nodename.yaml
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodename.yaml
pod/pod-nodename created
#再次查看，发现已经向Node3节点调度，但是由于不存在node3节点，所以pod无法正常运行
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodename -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-nodename 1/1 Running 0 32s 10.244.2.14 node2 <none> <none>
```
**NodeSelector**
`NodeSelector`用于将`pod`调度到添加了指定标签的`node`节点上。它是通过`kubernetes`的`label-selector`机制实现的，也就是说，在`pod`创建之前，会由`scheduler`使用`MatchNodeSelector`调度策略进行`label`匹配，找出目标`node`，然后将`pod`调度到目标节点，该匹配规则是强制约束。
接下来，实验一下：
1）首先分别为`node`节点添加标签
```bash
[root@master ~]# kubectl label nodes node1 nodeenv=pro
node/node1 labeled
[root@master ~]# kubectl label nodes node2 nodeenv=test
node/node2 labeled
```
2）创建一个pod-nodeselector.yaml文件，并使用它创建Pod
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodeselector
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
nodeSelector:
nodeenv: pro # 指定调度到具有nodeenv=pro标签的节点
```
```bash
# 创建Pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
pod/pod-nodeselector create
# 查看Pod调度到NODE属性，确实是调度到了node1节点上
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodeselector -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-nodeselector 1/1 Running 0 28s 10.244.1.13 node1 <none> <none>
# 接下来，删除pod，修改nodeSelector的值为nodeenv: xxxx（不存在打有此标签的节点）
[root@master ~]# kubectl delete -f pod-nodeselector.yaml
pod "pod-nodeselector" deleted
[root@master ~]# vim pod-nodeselector.yaml
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodeselector.yaml
pod/pod-nodeselector created
# 再次查看，发现pod无法正常运行,Node的值为none
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodeselector -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-nodeselector 0/1 Pending 0 7s <none> <none> <none> <none>
# 查看详情,发现node selector匹配失败的提示
[root@master ~]# kubectl describe pods pod-nodeselector -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Warning FailedScheduling 37s default-scheduler 0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector.
```
### 2. 亲和性调度
上一节，介绍了两种定向调度的方式，使用起来非常方便，但是也有一定的问题，那就是如果没有满足条件的`Node`，那么`Pod`将不会被运行，即使在集群中还有可用`Node`列表也不行，这就限制了它的使用场景。
基于上面的问题，`kubernetes`还提供了一种亲和性调度（`Affinity`）。它在`NodeSelector`的基础之上的进行了扩展，可以通过配置的形式，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。
`Affinity`主要分为三类：
- `nodeAffinity`（`node`亲和性）: 以`node`为目标，解决`pod`可以调度到哪些`node`的问题
- `podAffinity`（`pod`亲和性）: 以`pod`为目标，解决`pod`可以和哪些已存在的`pod`部署在同一个拓扑域中的问题
- `podAntiAffinity`（`pod`反亲和性）: 以`pod`为目标，解决`pod`不能和哪些已存在`pod`部署在同一个拓扑域中的问题
**关于亲和性（反亲和性）使用场景的说明：**
- 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的尽可能的靠近，这样可以减少因网络通信而带来的性能损耗。
- 反亲和性：当应用的采用多副本部署时，有必要采用反亲和性让各个应用实例打散分布在各个`node`上，这样可以提高服务的高可用性。
**NodeAffinity**
首先来看一下`NodeAffinity`的可配置项：
```bash
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
operat or 关系符 支持Exists, DoesNotExist, In, NotIn, Gt, Lt
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 优先调度到满足指定的规则的Node，相当于软限制 (倾向)
preference 一个节点选择器项，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，在范围1-100。
```
```yaml
关系符的使用说明:
- 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"
```
接下来首先演示一下`requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution `
创建`pod-nodeaffinity-required.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodeaffinity-required
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: # 亲和性设置
nodeAffinity: # 设置node亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoreDuringExecution: # 硬限制
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签
- key: nodeenv
operator: In
values: ["xxx","yy"]
```
```bash
# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-required.yaml
pod/pod-nodeaffinity-required created
# 查看pod状态 （运行失败）
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodeaffinity-required -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-nodeaffinity-required 0/1 Pending 0 28s <none> <none> <none> <none>
# 查看Pod的详情
# 发现调度失败，提示node选择失败
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-nodeaffinity-required -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Warning FailedScheduling 70s default-scheduler 0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector.
# 接下来，停止pod
[root@master ~]# kubectl delete -f pod-nodeaffinity-required.yaml
pod "pod-nodeaffinity-required" deleted
# 修改文件，将values: ["xxx","yyy"]------> ["pro","yyy"]
[root@master ~]# vim pod-nodeaffinity-required.yaml
# 再次启动
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-required.yaml
pod/pod-nodeaffinity-required created
# 此时查看，发现调度成功，已经将pod调度到了node1上
[root@master ~]# kubectl get pods pod-nodeaffinity-required -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-nodeaffinity-required 1/1 Running 0 12s 10.244.1.14 node1 <none> <none>
```
接下来再演示一下`preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution`
创建`pod-nodeaffinity-preferred.yaml`
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-nodeaffinity-preferred
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
nodeAffinity: #设置node亲和性
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 软限制
- weight: 1
preference:
matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签(当前环境没有)
- key: nodeenv
operator: In
values: ["xxx","yyy"]
```
```bash
# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-nodeaffinity-preferred.yaml
pod/pod-nodeaffinity-preferred created
# 查看pod状态 （运行成功）
[root@master ~]# kubectl get pod pod-nodeaffinity-preferred -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-nodeaffinity-preferred 1/1 Running 0 25s
```
**`NodeAffinity`规则设置的注意事项：**
1. 如果同时定义了`nodeSelector`和`nodeAffinity`，那么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`，那么只需要其中一个能够匹配成功即可
3. 如果一个`nodeSelectorTerms`中有多个`matchExpressions`，则一个节点必须满足所有的才能匹配成功\
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，则系统将忽略此变化
**PodAffinity**
`PodAffinity`主要实现以运行的`Pod`为参照，实现让新创建的`Pod`跟参照`pod`在一个区域的功能。
首先来看一下`PodAffinity`的可配置项：
```
pod.spec.affinity.podAffinity
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 硬限制
namespaces 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表(推荐)
key 键
values 值
operator 关系符 支持In, NotIn, Exists, DoesNotExist.
matchLabels 指多个matchExpressions映射的内容
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 软限制
podAffinityTerm 选项
namespaces
topologyKey
labelSelector
matchExpressions
key 键
values 值
operator
matchLabels
weight 倾向权重，在范围1-100
```
`topologyKey`用于指定调度时作用域，例如：
- 如果指定为`kubernetes.io/hostname`，那就是以`Node`节点为区分范围
- 如果指定为`beta.kubernetes.io/os`，则以`Node`节点的操作系统类型来区分
接下来，演示下`requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution`
1）首先创建一个参照`Pod`，`pod-podaffinity-target.yaml`：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-podaffinity-target
namespace: dev
labels:
podenv: pro # 设置标签
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
nodeName: node1 # 将目标pod名确指定到node1上
```
```bash
# 启动目标pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-podaffinity-target.yaml
pod/pod-podaffinity-target created
# 查看pod状况
[root@master ~]# kubectl get pod pod-podaffinity-target -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-podaffinity-target 1/1 Running 0 44s
```
2）创建`pod-podaffinity-required.yaml`，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-podaffinity-required
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
podAffinity: #设置pod亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
- labelSelector:
matchExpressions: # 匹配env的值在["xxx","yyy"]中的标签
- key: podenv
operator: In
values: ["xxx","yyy"]
topologyKey: kubernetes.io/hostname
```
上面配置表达的意思是：新`Pod`必须要与拥有标签`nodeenv=xxx`或者`nodeenv=yyy`的`pod`在同一`Node`上，显然现在没有这样`pod`，接下来，运行测试一下。
```bash
# 启动pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-podaffinity-required.yaml
pod/pod-podaffinity-required created
# 查看pod状态，发现未运行
[root@master ~]# kubectl get pods pod-podaffinity-required -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-podaffinity-required 0/1 Pending 0 30s
# 查看详细信息
[root@master ~]# kubectl describe pod pod-podaffinity-required -n dev
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Warning FailedScheduling 53s default-scheduler 0/3 nodes are available: 1 node(s) had taint {node-role.kubernetes.io/master: }, that the pod didn't tolerate, 2 node(s) didn't match pod affinity rules.
# 接下来修改 values: ["xxx","yyy"]----->values:["pro","yyy"]
# 意思是：新Pod必须要与拥有标签nodeenv=xxx或者nodeenv=yyy的pod在同一Node上
[root@master ~]# vim pod-podaffinity-required.yaml
# 然后重新创建pod，查看效果
[root@master ~]# kubectl delete -f pod-podaffinity-required.yaml
pod "pod-podaffinity-required" deleted
[root@master ~]# kubectl create -f pod-podaffinity-required.yaml
pod/pod-podaffinity-required created
# 发现此时Pod运行正常
[root@master ~]# kubectl get pods pod-podaffinity-required -n dev
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod-podaffinity-required 1/1 Running 0 15s
```
关于`PodAffinity`的`preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution`，这里不再演示。
**PodAntiAffinity**
`PodAntiAffinity`主要实现以运行的`Pod`为参照，让新创建的`Pod`跟参照`pod`不在一个区域中的功能。
它的配置方式和选项跟`PodAffinty`是一样的，这里不再做详细解释，直接做一个测试案例。
1）继续使用上个案例中目标`pod`
```bash
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS
pod-podaffinity-required 1/1 Running 0 2m1s 10.244.1.16 node1 <none> <none> <none>
pod-podaffinity-target 1/1 Running 0 9m5s 10.244.1.15 node1 <none> <none> podenv=pro
```
2）创建`pod-podantiaffinity-required.yaml`，内容如下：
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-podantiaffinity-required
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
affinity: #亲和性设置
podAntiAffinity: #设置pod亲和性
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 硬限制
- labelSelector:
matchExpressions: # 匹配podenv的值在["pro"]中的标签
- key: podenv
operator: In
values: ["pro"]
topologyKey: kubernetes.io/hostname
```
上面配置表达的意思是：新`Pod`必须要与拥有标签`nodeenv=pro`的`pod`不在同一`Node`上，运行测试一下。
```bash
# 创建pod
[root@master ~]# kubectl create -f pod-podantiaffinity-required.yaml
pod/pod-podantiaffinity-required created
# 查看pod
# 发现调度到了node2上
[root@master ~]# kubectl get pods pod-podantiaffinity-required -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-podantiaffinity-required 1/1 Running 0 26s 10.244.2.17 node2 <none> <none>
```
### 3. 污点和容忍
**污点（Taints）**
前面的调度方式都是站在`Pod`的角度上，通过在`Pod`上添加属性，来确定`Pod`是否要调度到指定的`Node`上，其实我们也可以站在`Node`的角度上，通过在`Node`上添加污点属性，来决定是否允许`Pod`调度过来。
`Node`被设置上污点之后就和`Pod`之间存在了一种相斥的关系，进而拒绝`Pod`调度进来，甚至可以将已经存在的`Pod`驱逐出去。
污点的格式为：`key=value:effect`，`key`和`value`是污点的标签，`effect`描述污点的作用，支持如下三个选项：
- `PreferNoSchedule`：`kubernetes`将尽量避免把`Pod`调度到具有该污点的`Node`上，除非没有其他节点可调度
- `NoSchedule`：`kubernetes`将不会把`Pod`调度到具有该污点的`Node`上，但不会影响当前`Node`上已存在的`Pod`
- `NoExecute`：`kubernetes`将不会把`Pod`调度到具有该污点的`Node`上，同时也会将`Node`上已存在的`Pod`驱离
![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/kubernetes/images-202504150011.png)
使用`kubectl`设置和去除污点的命令示例如下：
```bash
# 设置污点
kubectl taint nodes node1 key=value:effect
# 去除污点
kubectl taint nodes node1 key:effect-
# 去除所有污点
kubectl taint nodes node1 key-
```
接下来，演示下污点的效果：
1. 准备节点`node1`（为了演示效果更加明显，暂时停止`node2`节点）
2. 为`node1`节点设置一个污点：`tag=heima:PreferNoSchedule`；然后创建`pod1`( `pod1 `可以 )
3. 修改为`node1`节点设置一个污点：`tag=heima:NoSchedule`；然后创建`pod2`(` pod1` 正常`pod2`失败 )
4. 修改为`node1`节点设置一个污点：`tag=heima:NoExecute`；然后创建`pod3 `( 3个`pod`都失败 )
```bash
# 为node1设置污点(PreferNoSchedule)
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag=wxin:PreferNoSchedule
node/node1 tainted
# 创建pod1
[root@master ~]# kubectl run taint1 --image=nginx:1.17.1 -n dev
pod/taint1 created
[root@master ~]# kubectl get pods taint1 -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
taint1 1/1 Running 0 27s 10.244.2.18 node2 <none> <none>
# 为node1设置污点(取消PreferNoSchedule，设置NoSchedule)
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag:PreferNoSchedule-
node/node1 untainted
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag=wxin:NoSchedule
node/node1 tainted
# 创建pod2
[root@master ~]# kubectl run taint2 --image=nginx:1.17.1 -n dev
pod/taint2 created
[root@master ~]# kubectl get pods taint2 -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
taint2 1/1 Running 0 16s 10.244.2.19 node2 <none> <none>
# 为node1设置污点(取消NoSchedule，设置NoExecute)
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag:NoSchedule-
node/node1 untainted
[root@master ~]# kubectl taint nodes node1 tag=wxin:NoExecute
node/node1 tainted
# 创建pod3
[root@master ~]# kubectl run taint3 --image=nginx:1.17.1 -n dev
pod/taint3 created
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
taint1 1/1 Running 0 4m11s 10.244.2.18 node2 <none> <none>
taint2 1/1 Running 0 114s 10.244.2.19 node2 <none> <none>
taint3 1/1 Running 0 15s 10.244.2.20 node2 <none> <none>
```
小提示：
​ 使用`kubeadm`搭建的集群，默认就会给`master`节点添加一个污点标记，所以`pod`就不会调度到`master`节点上。
**容忍（Toleration）**
上面介绍了污点的作用，我们可以在`node`上添加污点用于拒绝`pod`调度上来，但是如果就是想将一个`pod`调度到一个有污点的`node`上去，这时候应该怎么做呢？这就要使用到容忍。
![](http://182.92.143.66:40072/directlink/img/kubernetes/images-202504150012.png)
污点就是拒绝，容忍就是忽略，`Node`通过污点拒绝`pod`调度上去，`Pod`通过容忍忽略拒绝
下面先通过一个案例看下效果：
1. 上一小节，已经在`node1`节点上打上了`NoExecute`的污点，此时`pod`是调度不上去的
2. 本小节，可以通过给`pod`添加容忍，然后将其调度上去
创建`pod-toleration.yaml`，内容如下
```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-toleration
namespace: dev
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.17.1
tolerations: # 添加容忍
- key: "tag" # 要容忍的污点的key
operator: "Equal" # 操作符
value: "heima" # 容忍的污点的value
effect: "NoExecute" # 添加容忍的规则，这里必须和标记的污点规则相同
```
```bash
# 添加容忍之前的pod
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-toleration 0/1 Pending 0 3s <none> <none> <none>
# 添加容忍之后的pod
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod-toleration 1/1 Running 0 10s 10.244.1.17 node1 <none> <none>
```
下面看一下容忍的详细配置:
```bash
[root@master ~]# kubectl explain pod.spec.tolerations
KIND: Pod
VERSION: v1
RESOURCE: tolerations <[]Object>
FIELDS:
effect <string> # 对应污点的effect，空意味着匹配所有影响
key <string> # 对应着要容忍的污点的键，空意味着匹配所有的键
operator <string> # key-value的运算符，支持Equal和Exists（默认）
tolerationSeconds <integer> # 容忍时间, 当effect为NoExecute时生效，表示pod在Node上的停留时间
value <string> # 对应着要容忍的污点的值
```
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