k8s调度之PodAffinity

引言

Kubernetes（K8s）是一款开源的容器编排平台，其强大的调度系统能够智能地将容器化应用程序部署到集群中的节点。Pod Affinity是Kubernetes调度器的一个重要特性，它通过定义Pod之间的关系来影响它们的调度位置。本文将深入讨论Pod Affinity的概念、用法，并通过详细的示例演示如何在实际场景中应用Pod Affinity。

什么是Pod Affinity？

Pod Affinity是一种调度策略，用于指定Pod应该如何与其他Pod或节点进行亲和性关联。通过Pod Affinity，我们可以要求或禁止将某个Pod调度到与其他Pod具有特定亲和性关系的节点上。

Pod Affinity的主要应用场景包括：

故障区域感知：将同一应用程序的Pod调度到不同的故障区域，提高应用程序的高可用性。
数据本地性：将需要紧密协同工作的Pod调度到同一节点，减少网络延迟，提高性能。
硬件依赖性：将依赖相同硬件资源的Pod调度到同一节点，避免硬件争用。

Pod Affinity的基本结构

在使用Pod Affinity之前，我们需要了解其基本结构。Pod Affinity通过以下两个关键组件来实现：

topologyKey：定义了用于匹配节点的拓扑域的标签键。
labelSelector：用于匹配其他Pod的标签选择器。

以下是一个简单的Pod Affinity示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: affinity-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: affinity-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: affinity-app
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: "app"
                operator: In
                values:
                - affinity-app
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      containers:
      - name: affinity-container
        image: affinity-app:latest

在这个示例中，我们创建了一个名为affinity-deployment的Deployment，其中的Pod被标记为app: affinity-app。通过Pod Affinity的设置，我们要求这些Pod在调度时具有亲和性，即它们应该被调度到具有相同kubernetes.io/hostname标签的节点上。

Pod Affinity的使用方法

定义Pod Affinity

要使用Pod Affinity，首先需要在Pod的定义中配置Affinity。以下是一个具有多个标签匹配条件的Pod Affinity的示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: complex-affinity-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: complex-affinity-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: complex-affinity-app
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: "app"
                operator: In
                values:
                - complex-affinity-app
              - key: "env"
                operator: NotIn
                values:
                - production
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: "app"
                  operator: In
                  values:
                  - complex-affinity-app
              topologyKey: "failure-domain.beta.kubernetes.io/zone"
      containers:
      - name: complex-affinity-container
        image: complex-affinity-app:latest

在这个示例中，我们创建了一个名为complex-affinity-deployment的Deployment，其中的Pod被标记为app: complex-affinity-app。通过Pod Affinity的设置，我们要求这些Pod在调度时具有亲和性：

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution条件表示，这些Pod必须被调度到具有相同kubernetes.io/hostname标签且不在production环境的节点上。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution条件表示，如果可能，这些Pod更喜欢被调度到具有相同failure-domain.beta.kubernetes.io/zone标签的节点上，并设置了100的权重。

应用Pod Affinity

将定义好的Pod Affinity应用于实际的应用场景。以下是一个示例，演示了如何在一个具有多个故障区域的集群中使用Pod Affinity：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: zone-affinity-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: zone-affinity-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: zone-affinity-app
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: "app"
                operator: In
                values:
                - zone-affinity-app
            topologyKey: "failure-domain.beta.kubernetes.io/zone"
      containers:
      - name: zone-affinity-container
        image: zone-affinity-app:latest

在这个示例中，我们创建了一个名为zone-affinity-deployment的Deployment，其中的Pod被标记为app: zone-affinity-app。通过Pod Affinity的设置，我们要求这些Pod在调度时具有亲和性，即它们应该被调度到具有相同failure-domain.beta.kubernetes.io/zone标签的节点上。

验证Pod Affinity

通过查看Pod的描述，我们可以验证Pod Affinity是否被正确应用。执行以下命令：

1	kubectl describe pod <pod-name>

在输出中，你应该能够看到与Pod Affinity中定义的标签和条件相对应的信息，确认Pod是否按照预期被调度到了正确的节点上。

实际应用示例

假设我们有一个具有多个故障区域（Zone）的Kubernetes集群，我们希望某个应用程序的Pod在调度时具有故障区域感知的亲和性。通过Pod Affinity，我们可以实现这一需求。

以下是一个示例，演示了如何在一个具有三个故障区域的集群中使用Pod Affinity：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: zone-aware-app-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: zone-aware-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: zone-aware-app
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: "app"
                operator: In
                values:
                - zone-aware-app
            topologyKey: "failure-domain.beta.kubernetes.io/zone"
      containers:
      - name: zone-aware-app-container
        image: zone-aware-app:latest

在这个示例中，我们创建了一个名为zone-aware-app-deployment的Deployment，其中的Pod被标记为app: zone-aware-app。通过Pod Affinity的设置，我们要求这些Pod在调度时具有故障区域感知的亲和性，即它们应该被调度到具有相同failure-domain.beta.kubernetes.io/zone标签的节点上。

通过这样的方式，我们可以确保同一应用程序的Pod分散在不同的故障区域，提高应用程序的高可用性。