k8s学习记录（四）：节点亲和性

一、前言

在上一篇文章里，我们了解了 Pod 中的nodeName和nodeSelector这两个属性，通过它们能够指定 Pod 调度到哪个 Node 上。今天，我们将进一步深入探索 Pod 相关知识。这部分内容不仅信息量较大，理解起来也有一定难度，如果在学习过程中感觉吃力，建议大家反复研读，以便更好地掌握。

二、亲和性

在 Kubernetes 的 Pod 调度场景中，尽管我们可以借助nodeName和nodeSelector指定 Pod 的调度节点，但它们存在明显的局限性。nodeName依赖节点名称进行调度，nodeSelector则基于节点标签来确定调度目标，二者都不够灵活，扩展性也欠佳。那么，是否存在其他更丰富的属性能够助力 Pod 调度呢？例如，能否依据 CPU、内存等资源属性来决定 Pod 的部署节点？作为强大的容器编排工具，Kubernetes 显然考虑到了这一需求，接下来我们将深入学习的 “亲和性”，便是解决这一问题的关键。
亲和性同样用于 Pod 的节点调度，与nodeSelector有一定相似之处，但亲和性的优势更为显著。它支持定义多个调度规则，还能为这些规则设定优先级，从而实现更精细的调度控制。亲和性主要分为节点亲和性和 Pod 亲和性。简单来讲，亲和性就是一组预先设定的规则，其作用是明确告知 Kubernetes 该如何调度 Pod。
其中，节点亲和性又细分为软亲和性和硬亲和性。软亲和性是一种较为灵活的调度策略，当多个节点都满足设定条件时，它会优先选择优先级更高的节点；若所有节点都无法完全满足条件，Pod 依然可以被调度到其他相对合适的节点。打个比方，这就像是你向 Kubernetes 提出请求：“请帮我把 Pod 调度到某个节点上，这个节点最好能满足条件 1 和条件 2，如果实在没有完全符合的，那就找一个最接近要求的节点部署吧。”
而硬亲和性则截然不同，它是一种严格的调度策略。只有当节点完全满足设定的所有条件时，Pod 才会被调度到该节点；若不存在任何满足条件的节点，Pod 将无法运行，这正如成语 “宁缺毋滥” 所表达的含义。

软亲和性例子：

女生A和媒婆说：我要找个男朋友，条件1：身高1米8；条件2：有车有房，如果两者都不满足那么性格好就行了。

硬亲和性例子：我要个男朋友条件1：身高1米8；条件2：有车有房，这两个条件缺一不可，否则我宁可单身！

1、先查看一下描述

kubectl explain pods.spec.affinity

亲和性总共有3个字段：节点亲和性、pod亲和性、pod反亲和性

nodeAffinity（节点亲和性）：通过标签选择器和表达式来约束Pod
podAffinity（pod亲和性）：用于指定Pod应该被部署到符合某些条件的Pod所在的Node：例如我们将多个业务关联性高的Pod部署在同一个节点。
podAntiAffinity（Pod反亲和性）：用于指定Pod应该避免部署到符合某些条件的Pod所在的Node，场景：例如避免把相似的Pod都部署到同一个Node，从而可能产生单点故障。

三、节点亲和性（nodeAffinity）

1、解释

kubectl explain pods.spec.affinity

这里有两个字段

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution ：软亲和性

它是一种建议性的规则，Kubernetes 调度器会尽量依据此规则来调度 Pod 到符合条件的节点上，但并非强制要求。若不存在满足规则的节点，Pod 依然可以被调度到其他节点。此规则在调度阶段起作用，调度器会优先考虑将 Pod 调度到满足软亲和性规则的节点上。而在 Pod 运行期间，一旦节点的标签发生变化，导致不再符合软亲和性规则，Pod 不会被驱逐。

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬亲和性

和软亲和性不同，硬亲和性是一种强制的规则，要求调度器在调度的时候必须满足一定的规则，否则将不会进行调度，pod会一直处于pending状态。同时运行期间如果节点的标签发生变化导致不符合规则，Pod会被驱逐。

2、实操

我们现在有两个节点，分别是node2和node3，其中node2包含标签cpu=high ,而node3包含标签cpu=low，我们用这个标签来测试节点亲和性。

1、软亲和性

（1）我们先测试软亲和性，即期望pod会被调度到cpu=high的节点,资源清单如下

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: buybox-pod
spec:containers:- name: buybox-containerimage: buybox:1.28imagePullPolicy: IfNotPresentaffinity:nodeAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 100preference:matchExpressions:- key: cpuoperator: Invalues:- high

接下来我们使用命令 apply -f busybox.yaml 来创建这个pod，预期的效果是会被调度到node2节点，结果如下

可以看到和我们的预期一样，Pod被调度到了node2节点上。

（2）我们修改一下资源清单，写一个不存在的标签值看是否能够调度。预期结果：也能正常调度只不过会在node2和node3中随机选择。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: buybox-pod
spec:containers:- name: buybox-containerimage: buybox:1.28imagePullPolicy: IfNotPresentaffinity:nodeAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 100preference:matchExpressions:- key: cpuoperator: Invalues:- best

调度结果：node3 （不用管这里的状态是 ErrImagePull，这个是笔者网络问题导致拉取镜像有问题，但是和调度没关系）

（3）小结

案例1	预期结果	实际结果
正常情况，标签cpu=high	节点2	节点2
都不满足，标签cpu=best	节点2或者节点3	节点3

小结：软亲和性是一种建议，即如果满足要求就选择某个节点，若不存在满足规则的节点，Pod 依然可以被调度到其他节点。

1、硬亲和性

还是刚才的案例，我们把软亲和性换成硬亲和性

（1）cpu=high 我们预期是调度到node2

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: buybox-pod
spec:containers:- name: buybox-containerimage: buyboxports:- containerPort: 80affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: cpuoperator: Invalues:- high

结果调度了node2，符合预期

（2）我们修改规则，将values改成不存的值，预期无法调度到任何一个节点

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: buybox-pod
spec:containers:- name: buybox-containerimage: buyboxports:- containerPort: 80affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: cpuoperator: Invalues:- best

结果如下

可以看到状态一直处于Pending状态，查看一下pod详细信息，使用命令 kubectl describe pods buybox-pod

错误信息：

Warning FailedScheduling 12s (x3 over 89s) 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.

调度失败了，因为3个节点都不满足亲和性条件。

小结：

案例1	预期结果	实际结果
正常情况，标签cpu=high	节点2	节点2
都不满足，标签cpu=best	无法调度	无法调度

四、总结

本文聚焦 Kubernetes 的节点亲和性。在 Pod 调度中，以往的 nodeName 和 nodeSelector 存在局限，亲和性则更为强大，其中节点亲和性包含软、硬亲和性。

软亲和性是建议性规则。测试时，期望调度到cpu=high的节点，Pod 成功被调度到 node2；设置不存在的标签值，Pod 也能在现有节点随机调度，如被调度到 node3，说明无满足节点时 Pod 仍可调度。硬亲和性requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution是强制规则。同样的测试场景下，要求调度到cpu=high的节点，Pod 被调度到 node2；设置不存在的标签值，Pod 处于 Pending 状态，调度失败，表明不满足条件时 Pod 无法调度。

学习节点亲和性的软、硬亲和性，有助于精准控制 Pod 部署，提升集群资源利用率和应用稳定性，为 Kubernetes 复杂应用部署管理筑牢基础。下一篇我们将继续学习亲和性，希望对你有所帮助