k8s 亲和性之Affinity

在 Kubernetes 中，亲和性（Affinity）是一个强大的调度机制，用于控制 Pod 调度到哪些节点或与哪些其他 Pods 一起运行。亲和性帮助你在 Kubernetes 集群中实现更灵活、更高效的资源调度，支持多种不同的场景，如负载均衡、资源隔离、容错等。

亲和性有两种类型：

1. Node Affinity（节点亲和性）
2. Pod Affinity 和 Pod Anti-Affinity（Pod 亲和性与反亲和性）

1. Node Affinity（节点亲和性）

Node Affinity 用于约束 Pod 可以调度到哪些节点。它是 nodeSelector 的扩展，提供了更灵活的匹配机制。通过设置节点亲和性，Pod 可以根据节点的标签来选择适合的节点进行调度。

节点亲和性类型

Node Affinity 分为两种类型：

• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：在调度时必须满足的条件，意味着如果节点不满足这些条件，Pod 就无法调度到该节点。
• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：调度时尽量满足的条件，但如果无法满足条件，Pod 仍然会被调度到其他节点。

配置示例

affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: "kubernetes.io/hostname"operator: Invalues:- node-1- node-2preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- weight: 1preference:matchExpressions:- key: "disk"operator: Invalues:- ssd

• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：指定节点必须满足的条件。在这个例子中，Pod 只能调度到 node-1 或 node-2 节点上。
• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示推荐的调度优先条件。在这个例子中，节点如果具有 disk=ssd 标签，会更倾向于调度，但不是强制要求。

常见场景：

• 资源约束：需要特定硬件（例如 GPU 或 SSD 硬盘）的 Pod 必须调度到支持该硬件的节点。
• 环境隔离：将某些 Pods 部署到特定的可用区或区域，例如将数据库 Pod 放到具有高内存节点的区域。

2. Pod Affinity 和 Pod Anti-Affinity

Pod Affinity 和 Pod Anti-Affinity 控制 Pod 如何与其他 Pods 一起调度。它们允许你根据其他 Pods 的位置来影响当前 Pod 的调度。

• Pod Affinity（Pod 亲和性）：表示你希望某个 Pod 与其他特定 Pod 在同一节点上调度。例如，如果你希望某些 Pods 共享同一个节点，以便它们之间有低延迟的通信，可以使用 Pod 亲和性。

• Pod Anti-Affinity（Pod 反亲和性）：与 Pod 亲和性相反，表示你希望某些 Pod 不与其他特定 Pod 在同一节点上调度。例如，如果你希望某些 Pod 避免在同一节点上运行，以确保高可用性或隔离性，可以使用 Pod 反亲和性。

Pod Affinity 配置示例

affinity:podAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchLabels:app: myapptopologyKey: "kubernetes.io/hostname"

这个例子表示，如果节点上有 app=myapp 标签的 Pod，则会优先调度当前 Pod 到同一节点上。topologyKey 是用来定义约束的范围，kubernetes.io/hostname 表示节点级别的约束。

Pod Anti-Affinity 配置示例

affinity:podAntiAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchLabels:app: myapptopologyKey: "kubernetes.io/hostname"

这个例子表示，如果节点上已经有 app=myapp 标签的 Pod，新的 Pod 就不会被调度到该节点上。

常见场景：

• Pod Affinity：

  • 将需要高频通信的 Pods 部署到同一节点，以减少网络延迟。例如，在微服务架构中，前端和后端服务可以被调度到相同节点上以提高通信效率。

• Pod Anti-Affinity：

  • 确保多个副本的 Pods 不会被调度到同一节点，以避免单点故障。例如，确保多个数据库副本的 Pods 分布在不同的节点上，以提高容错性。

3. 亲和性规则概述

亲和性规则的配置可以在 Pod 的 affinity 字段中指定，通常包括以下几个部分：

• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示在 Pod 调度时必须满足的条件。可以用 nodeAffinity、podAffinity 或 podAntiAffinity 来定义。
• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：表示尽量满足的条件，如果不满足，也不会阻止调度，但会影响调度优先级。
• topologyKey：用于定义约束的范围，例如使用 kubernetes.io/hostname 来指定节点级别的约束，或者使用可用区等来实现跨区域调度。

4. 亲和性和反亲和性的细节

• topologyKey：决定了亲和性约束的范围。常见的 topologyKey 值有：

  • kubernetes.io/hostname：表示节点级别的亲和性。
  • failure-domain.beta.kubernetes.io/zone：表示区域级别的亲和性，用于跨区域调度。
  • topology.kubernetes.io/region：表示区域级别的亲和性，用于跨区域调度。

• operator：用于匹配条件的操作符，常见的有：

  • In：匹配指定的值。
  • NotIn：排除指定的值。
  • Exists：仅匹配标签存在的节点或 Pod。
  • DoesNotExist：仅匹配标签不存在的节点或 Pod。

5. 亲和性配置的示例

Pod 与 Node Affinity

将一个 Pod 调度到具有特定标签的节点上：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mypod
spec:affinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:nodeSelectorTerms:- matchExpressions:- key: "disktype"operator: Invalues:- ssd

这个例子要求 Pod 被调度到 disktype=ssd 的节点上。

Pod 与 Pod Affinity

将某个 Pod 调度到有特定标签的 Pod 所在的节点：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: mypod
spec:affinity:podAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:- labelSelector:matchLabels:app: myapptopologyKey: "kubernetes.io/hostname"

这个配置要求将 Pod 调度到与标签为 app=myapp 的 Pod 相同节点上。

总结

Kubernetes 中的亲和性（Affinity）机制提供了灵活的调度策略，帮助我们实现更高效的资源利用、负载均衡、故障隔离等。通过结合 Node Affinity 和 Pod Affinity/Anti-Affinity，你可以精细地控制 Pod 的调度行为，满足不同应用场景的需求。