Kubernetes（k8s）：深入理解k8s中的亲和性（Affinity）及其在集群调度中的应用

Kubernetes（k8s）：深入理解k8s中的亲和性（Affinity）及其在集群调度中的应用

• 1、什么是亲和性？
• [2、节点亲和性（Node Affinity）](#2、节点亲和性（Node Affinity）)
• • [2.1 硬性节点亲和性规则（required）](#2.1 硬性节点亲和性规则（required）)
  • [2.2 软性节点亲和性规则（preferred）](#2.2 软性节点亲和性规则（preferred）)
• [3、Pod亲和性（Pod Affinity）](#3、Pod亲和性（Pod Affinity）)
• • [3.1 Pod硬性亲和性规则](#3.1 Pod硬性亲和性规则)
  • [3.2 Pod软性亲和性规则](#3.2 Pod软性亲和性规则)
• [4、Pod 反亲和性（Pod Anti-Affinity）](#4、Pod 反亲和性（Pod Anti-Affinity）)
• 5、总结

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在 Kubernetes（K8s）集群中，亲和性（Affinity）是一项强大的功能，它允许我们通过标签选择器来指定 Pod 与节点或其他 Pod 之间的关系，以影响调度决策。

在这篇博客中，我们将深入探讨 Kubernetes 中的亲和性概念、不同类型的亲和性以及它们在集群调度中的应用。

1、什么是亲和性？

在Kubernetes中，亲和性是一种调度策略，用于指定Pod倾向于被调度到具有特定属性的节点。亲和性分为两种类型：

1、节点亲和性（Node Affinity）：指定Pod倾向于被调度到具有特定标签或标签表达式的节点。

2、Pod亲和性（Pod Affinity）：指定Pod倾向于与具有特定标签或标签表达式的其他Pod共存。

2、节点亲和性（Node Affinity）

节点亲和性允许我们指定 Pod 应该在哪些节点上运行。它可以根据节点的标签来决定 Pod 的调度位置。

节点亲和性规则可以是硬性的或软性的。硬性规则要求 Pod 必须在匹配的节点上运行，而软性规则则更加宽松，只是倾向于将 Pod 调度到符合条件的节点上。

2.1 硬性节点亲和性规则（required）

1、硬性规则指定了 Pod 必须被调度到满足规则条件的节点上，否则 Pod 将无法被调度和启动。

例如，可以使用硬性节点亲和性规则来确保 Pod 只能被调度到拥有特定标签的节点上。这在需要确保特定类型的节点才能运行某些任务时非常有用。

下面是一个示例 YAML 文件，其中定义了一个 Pod，并指定了硬性节点亲和性规则，要求 Pod 只能被调度到具有标签为 "gpu=true" 的节点上：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod  # 定义 Pod 的名称为 "nginx-pod"
spec:
  containers:
  - name: nginx-container  # 定义 Pod 中的容器名称为 "nginx-container"
    image: nginx:latest  # 使用最新版本的 nginx 容器镜像
  affinity:
    nodeAffinity:  # 指定节点亲和性规则
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬性节点亲和性规则，要求在调度过程中必须满足条件
        nodeSelectorTerms:  # 指定节点选择条件
        - matchExpressions:  # 指定匹配表达式
          - key: gpu  # 定义匹配表达式的键为 "gpu"
            operator: In  # 使用 In 操作符进行匹配
            values:  # 定义匹配的值
            - "true"  # 要求节点的标签中包含值为 "true" 的 "gpu" 标签

2.2 软性节点亲和性规则（preferred）

软性规则指定了 Pod 更倾向于被调度到满足规则条件的节点上，但并不强制要求。

例如，可以使用软性节点亲和性规则来指定 Pod 更倾向于被调度到某个特定区域的节点上，以减少数据传输延迟。

下面是一个示例 YAML 文件，其中定义了一个 Pod，并指定了软性节点亲和性规则，要求 Pod 更倾向于被调度到具有标签为 "zone=us-west" 的节点上：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod  # Pod的名称
spec:
  containers:
  - name: nginx-container  # 容器的名称
    image: nginx-image  # 容器使用的镜像
  affinity:
    nodeAffinity:  # 节点亲和性
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 在调度期间优先考虑，但在执行期间被忽略
      - weight: 1  # 权重为1，表示较高的优先级
        preference:  # 优先选择的条件
          matchExpressions:  # 匹配表达式列表
          - key: zone  # 标签的键
            operator: In  # 匹配操作符，表示在值列表中的任何一个
            values:
            - "us-west"  # 匹配的值为"us-west"

3、Pod亲和性（Pod Affinity）

Pod 亲和性允许我们指定 Pod 应该与哪些其他 Pod 共同运行。它可以确保相关的服务或组件在同一节点或不同节点上运行，以提高性能或可用性。与节点亲和性类似，Pod 亲和性规则也可以是硬性的或软性的。

3.1 Pod硬性亲和性规则

硬性亲和性规则指定了 Pod 必须满足的条件，如果这些条件不能满足，Pod 将不会被调度到任何节点上。

以下是一个使用硬性亲和性规则的示例，要求 Pod 只能被调度到具有 "zone=us-west" 和 "environment=production" 标签的节点上：

apiVersion: v1  # 指定 Kubernetes API 版本
kind: Pod  # 定义资源类型为 Pod
metadata:
  name: affinity-pod  # 指定 Pod 的名称为 affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: affinity-container  # 定义 Pod 中的容器名称为 affinity-container
    image: affinity-image  # 指定容器所使用的镜像为 affinity-image
  affinity:  # 定义 Pod 的亲和性规则
    nodeAffinity:  # 指定节点亲和性规则
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 指定为硬性节点亲和性规则
        nodeSelectorTerms:  # 指定节点选择器条件
        - matchExpressions:  # 指定匹配表达式
          - key: zone  # 指定节点标签的键为 zone
            operator: In  # 指定匹配操作符为 In
            values:  # 指定匹配的值
            - us-west  # 匹配值为 us-west
          - key: environment  # 指定节点标签的键为 environment
            operator: In  # 指定匹配操作符为 In
            values:  # 指定匹配的值
            - production  # 匹配值为 production

3.2 Pod软性亲和性规则

软性亲和性规则指定了 Pod 偏好的条件，如果这些条件可以满足，Pod 将会优先被调度到符合条件的节点上，但如果无法满足，Pod 仍然可以被调度到其他节点上。

以下是一个使用软性亲和性规则的示例，要求 Pod 偏好被调度到具有 "zone=us-east" 或 "zone=us-west" 标签的节点上：

apiVersion: v1  # 指定 Kubernetes API 版本
kind: Pod  # 定义资源类型为 Pod
metadata:
  name: affinity-pod  # 指定 Pod 的名称为 affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: affinity-container  # 定义 Pod 中的容器名称为 affinity-container
    image: affinity-image  # 指定容器所使用的镜像为 affinity-image
  affinity:  # 定义 Pod 的亲和性规则
    nodeAffinity:  # 指定节点亲和性规则
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 指定为软性节点亲和性规则
      - weight: 1  # 指定权重为 1
        preference:  # 指定偏好条件
          matchExpressions:  # 指定匹配表达式
          - key: zone  # 指定节点标签的键为 zone
            operator: In  # 指定匹配操作符为 In
            values:  # 指定匹配的值
            - us-east  # 匹配值为 us-east
      - weight: 1  # 指定权重为 1
        preference:  # 指定偏好条件
          matchExpressions:  # 指定匹配表达式
          - key: zone  # 指定节点标签的键为 zone
            operator: In  # 指定匹配操作符为 In
            values:  # 指定匹配的值
            - us-west  # 匹配值为 us-west

4、Pod 反亲和性（Pod Anti-Affinity）

Pod 反亲和性（Pod Anti-Affinity）是一种 Kubernetes 调度策略，用于指定 Pod 不能被调度到与其他特定 Pod 相同的节点上。这有助于提高应用程序的可靠性和可用性，避免将相互依赖或相互竞争的 Pod 部署在同一节点上。

以下是一个 Pod 反亲和性的示例 :

要求该 Pod 不能被调度到具有标签 app=my-app 的其他 Pod 所在的节点上。这样可以确保这两个相互关联的 Pod 不会被部署在同一节点上，从而提高应用程序的可靠性。

apiVersion: v1  # 指定 Kubernetes API 版本
kind: Pod  # 定义资源类型为 Pod
metadata:
  name: anti-affinity-pod  # 指定 Pod 的名称为 anti-affinity-pod
spec:
  containers:
  - name: anti-affinity-container  # 定义 Pod 中的容器名称为 anti-affinity-container
    image: anti-affinity-image  # 指定容器所使用的镜像为 anti-affinity-image
  affinity:  # 定义 Pod 的亲和性规则
    podAntiAffinity:  # 指定 Pod 反亲和性规则
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 指定为硬性 Pod 反亲和性规则
      - labelSelector:  # 指定标签选择器
          matchExpressions:  # 指定匹配表达式
          - key: app  # 指定标签的键为 app
            operator: In  # 指定匹配操作符为 In
            values:  # 指定匹配的值
            - my-app  # 匹配值为 my-app

5、总结

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