五分鐘搞懂K8S的污點(diǎn)和容忍度

作者：不焦躁的程序員 2023-09-21 11:28:28

本文主要快速講解Kubernetes的污點(diǎn)和容忍度，一句話總結(jié)：如果Pod能容忍某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的污點(diǎn)，那么Pod就可以調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)。

在K8S中，如果Pod能容忍某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的污點(diǎn)，那么Pod就可以調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)。如果不能容忍，那就無法調(diào)度到該節(jié)點(diǎn)。污點(diǎn)和容忍度就像談戀愛的小情侶，你情我愿，女生知道男生的缺點(diǎn)，卻依然選擇容忍，這樣他們可以生活在一起。如果女生容忍不了男生的缺點(diǎn)，那就沒法生活在一起。

1、理論

1.1、污點(diǎn)和容忍度的概念

污點(diǎn)（Taints）：定義在節(jié)點(diǎn)上，用于拒絕Pod調(diào)度到此節(jié)點(diǎn)，除非該P(yáng)od具有該節(jié)點(diǎn)上的污點(diǎn)容忍度。被標(biāo)記有Taints的節(jié)點(diǎn)并不是故障節(jié)點(diǎn)。
容忍度（Tolerations）：定義在Pod上，用于配置Pod可容忍的節(jié)點(diǎn)污點(diǎn)，K8S調(diào)度器只能將Pod調(diào)度到該P(yáng)od能夠容忍的污點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)上。
調(diào)度示例圖：

1.2、排斥等級(jí)

Node對Pod對象的排斥等級(jí)有3種：

NoSchedule：沒有配置此污點(diǎn)容忍度的新Pod不能調(diào)度到此節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)上現(xiàn)存的Pod不受影響。
PreferNoSchedule：沒有配置此污點(diǎn)容忍度的新Pod盡量不要調(diào)度到此節(jié)點(diǎn)，如果找不到合適的節(jié)點(diǎn)，依然會(huì)調(diào)度到此節(jié)點(diǎn)。
NoExecute：沒有配置此污點(diǎn)容忍度的新Pod對象不能調(diào)度到此節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)上現(xiàn)存的Pod會(huì)被驅(qū)逐。

1.3、容忍度操作符

在Pod上定義容忍度時(shí)，它支持兩種操作符：Equal和Exists。

Equal：容忍度與污點(diǎn)必須在key、value和effect三者完全匹配。
Exists：容忍度與污點(diǎn)必須在key和effect二者完全匹配，容忍度中的value字段要使用空值。

1.4、用法

污點(diǎn)定義在節(jié)點(diǎn)的nodeSpec中，容忍度定義在Pod的podSpec中。

污點(diǎn)和容忍度都是鍵值對的數(shù)據(jù)格式，但是要增加一個(gè)排斥等級(jí)（effect）標(biāo)記。

語法格式為："key=value:effect"。

1.5、使用場景

1、獨(dú)占節(jié)點(diǎn)

如果想拿出部分節(jié)點(diǎn)給特定的Pod使用，可以通過給節(jié)點(diǎn)添加污點(diǎn)，然后特定的Pod加入對應(yīng)的容忍度。
在集群中有些機(jī)器設(shè)備可能比較特殊，比如CPU性能很好、內(nèi)存很大等等，不希望普通Pod占用這部分特殊節(jié)點(diǎn)，可以通過污點(diǎn)和容忍度來解決。

2、驅(qū)逐Pod

上文中定義了Node對Pod的排斥等級(jí)有3種。Node如果定義的排斥等級(jí)是NoExecute，那么沒有配置該污點(diǎn)容忍度的Pod會(huì)被驅(qū)逐。

K8S 也會(huì)使用污點(diǎn)自動(dòng)標(biāo)識(shí)有問題的節(jié)點(diǎn)，比如節(jié)點(diǎn)在內(nèi)存不足的情況下，節(jié)點(diǎn)控制器會(huì)自動(dòng)為該節(jié)點(diǎn)打上污點(diǎn)信息，并且使用 NoExecute作為排斥等級(jí)，此時(shí)沒有設(shè)置此類污點(diǎn)容忍度的Pod 會(huì)被驅(qū)逐。

DaemonSet控制器會(huì)無視此類污點(diǎn)，以便能在節(jié)點(diǎn)上部署重要的Pod。

目前，內(nèi)置的污點(diǎn)也比較多，比如以下幾個(gè)：

node.kubernetes.io/not-ready：節(jié)點(diǎn)未就緒
node.kubernetes.io/unreachable：節(jié)點(diǎn)不可觸達(dá)
node.kubernetes.io/memory-pressure：節(jié)點(diǎn)內(nèi)存空間已滿。
node.kubernetes.io/disk-pressure：節(jié)點(diǎn)磁盤空間已滿。
node.kubernetes.io/network-unavailable：節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不可用。

2、實(shí)戰(zhàn)

2.1、管理節(jié)點(diǎn)污點(diǎn)

給節(jié)點(diǎn)添加污點(diǎn)：

kubectl taint nodes node01 key=value:effect

給節(jié)點(diǎn)刪除污點(diǎn)，此處的effect可以沒有

kubectl taint nodes node01 key[:effect]-

2.2、管理Pod的容忍度

上文中提到了，容忍度的操作符有2種：Equal和Exists，同時(shí)把排斥等級(jí)也要加上。

使用Equal的場景：

tolerations:
- key: "key"
  operator: "Equal"
  value: "value"
  effect: "NoExecute"

使用Exists的場景：

tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"
  effect: "NoExecute"

如果Node上污點(diǎn)的排斥等級(jí)是NoExecute時(shí)，該Node上正在運(yùn)行的Pod如果沒有該污點(diǎn)的容忍度，就會(huì)被立刻驅(qū)逐。不過系統(tǒng)增加了tolerationSeconds字段，用來延遲驅(qū)逐Pod。

tolerationSeconds字段的意思是：如果 Pod 的容忍度配置里存在排斥等級(jí)為 NoExecute ，并且指定了屬性 tolerationSeconds 的值，那么Pod 還能繼續(xù)在該節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的時(shí)間（單位為秒）：

tolerations:
- key: "key"
  operator: "Equal"
  value: "value"
  effect: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 3600

2.3、具體操作

2.3.1、前置小知識(shí)

查看看節(jié)點(diǎn)label，label是key-value的數(shù)據(jù)格式

kubectl get nodes --show-labels

增加節(jié)點(diǎn)label，比如設(shè)置一個(gè)key是special-app，value是specialwebapp的label

kubectl label node k8s-worker-2 special-app=specialwebapp

查看節(jié)點(diǎn)污點(diǎn)情況

查看某節(jié)點(diǎn)的污點(diǎn)情況，可以看到Taints這一欄是none，也可以看到label情況。

kubectl describe node k8s-worker-2

2.3.2、實(shí)戰(zhàn)示例過程

步驟：

給定某個(gè)K8S節(jié)點(diǎn)，比如k8s-worker-2，節(jié)點(diǎn)的有一個(gè)label，Pod根據(jù)label選擇調(diào)度到k8s-worker-2，此時(shí)調(diào)度成功。
給k8s-worker-2增加污點(diǎn)，此時(shí)Pod調(diào)度失敗。
給Pod配置此污點(diǎn)的容忍度，調(diào)度成功。
刪除節(jié)點(diǎn)的污點(diǎn)，刪除容忍度，部署成功。

操作過程：

設(shè)置污點(diǎn)

kubectl taint nodes k8s-worker-2 question-node=broken-disk:NoSchedule

部署Pod，可以看到?jīng)]有配置容忍度的Pod一直處于Pending狀態(tài)，查看Pod的描述，也給出了原因：調(diào)度失敗，node有污點(diǎn)，Pod沒有容忍度。

給Pod配置容忍度，部署成功

刪除污點(diǎn)，刪除容忍度，部署成功

kubectl taint nodes k8s-worker-2 question-node-

完整的yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: webapp
  namespace: demo
  labels:
    app: webapp
spec:
  nodeSelector:
    # 選擇調(diào)度到具有這個(gè)label的節(jié)點(diǎn)
    "special-app": "specialwebapp"
#    kubernetes.io/hostname: k8s-worker-2
  tolerations:
    - key: "question-node"
      operator: "Equal"
      value: "broken-disk"
      effect: "NoSchedule"
  containers:
    - name: webapp
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80