一 k8s网络通信
1.1 k8s通信整体架构
- k8s通过CNI接口接入其他插件来实现网络通讯。目前比较流行的插件有flannel，calico等
- CNI插件存放位置：# cat /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
- 插件使用解决方案如下
- 虚拟网桥，虚拟网卡，多个容器共用一个虚拟网卡进行通信。
- 多路复用：MacVLAN，多个容器共用一个物理网卡进行通信。
- 硬件交换：SR-LOV，一个物理网卡可以虚拟出多个接口，这个性能最好。
- 容器间通信：
- 同一个pod内的多个容器间的通信，通过lo即可实现pod之间的通信
- 同一节点的pod之间通过cni网桥转发数据包。
- 不同节点的pod之间的通信需要网络插件支持
- pod和service通信: 通过iptables或ipvs实现通信，ipvs取代不了iptables，因为ipvs只能做负载均衡，而做不了nat转换
- pod和外网通信：iptables的MASQUERADE
- Service与集群外部客户端的通信；（ingress、nodeport、loadbalancer）
1.2 calico网络插件
官网：
https://docs.projectcalico.org/getting-started/kubernetes/self-managed-onprem/onpremises
1.2.1 calico简介：
- 纯三层的转发，中间没有任何的NAT和overlay，转发效率最好。
- Calico 仅依赖三层路由可达。Calico 较少的依赖性使它能适配所有 VM、Container、白盒或者混合环境场景。
1.2.2 calico网络架构
- Felix：监听ECTD中心的存储获取事件，用户创建pod后，Felix负责将其网卡、IP、MAC都设置好，然后在内核的路由表里面写一条，注明这个IP应该到这张网卡。同样如果用户制定了隔离策略，Felix同样会将该策略创建到ACL中，以实现隔离。
- BIRD：一个标准的路由程序，它会从内核里面获取哪一些IP的路由发生了变化，然后通过标准BGP的路由协议扩散到整个其他的宿主机上，让外界都知道这个IP在这里，路由的时候到这里
1.2.3 部署calico
删除flannel插件
bash
[root@master ~]# kubectl delete -f kube-flannel.yml
删除所有节点上flannel配置文件,避免冲突
bash
[root@master ~]# rm -rf /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
[root@node1 ~]# rm -rf /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist
[root@node2 ~]# rm -rf /etc/cni/net.d/10-flannel.conflist下载部署文件
bash
[root@master calico]# curl https://raw.githubusercontent.com/projectcalico/calico/v3.28.1/manifests/calico-typha.yaml -o calico.yaml下载镜像上传至仓库：
bash
[root@master ~]# docker pull docker.io/calico/cni:v3.28.1
[root@master ~]# docker pull docker.io/calico/node:v3.28.1
[root@master ~]# docker pull docker.io/calico/kube-controllers:v3.28.1
[root@master ~]# docker pull docker.io/calico/typha:v3.28.1
更改yml设置
bash
[root@master ~]# vim calico.yaml
4835 image: calico/cni:v3.28.1
4835 image: calico/cni:v3.28.1
4906 image: calico/node:v3.28.1
4932 image: calico/node:v3.28.1
5160 image: calico/kube-controllers:v3.28.1
5249 - image: calico/typha:v3.28.1
4970 - name: CALICO_IPV4POOL_IPIP
4971 value: "Never"
4999 - name: CALICO_IPV4POOL_CIDR
5000 value: "10.244.0.0/16"
5001 - name: CALICO_AUTODETECTION_METHOD
5002 value: "interface=eth0"
[root@master ~]# kubectl apply -f calico.yaml
[root@master ~]# kubectl -n kube-system get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
calico-kube-controllers-6849cb478c-g5h5p 1/1 Running 0 75s
calico-node-dzzjp 1/1 Running 0 75s
calico-node-ltz7n 1/1 Running 0 75s
calico-node-wzdnq 1/1 Running 0 75s
calico-typha-fff9df85f-vm5ks 1/1 Running 0 75s
coredns-647dc95897-nchjr 1/1 Running 1 (139m ago) 4d7h
coredns-647dc95897-wjbg2 1/1 Running 1 (139m ago) 4d7h
etcd-master 1/1 Running 1 (139m ago) 4d7h
kube-apiserver-master 1/1 Running 1 (139m ago) 3d10h
kube-controller-manager-master 1/1 Running 3 (139m ago) 4d7h
kube-proxy-9g5z2 1/1 Running 1 (139m ago) 3d10h
kube-proxy-cd5wk 1/1 Running 1 (139m ago) 3d10h
kube-proxy-mvq4c 1/1 Running 1 (139m ago) 3d10h
kube-scheduler-master 1/1 Running 3 (139m ago) 4d7h
测试：
bash
[root@master calico]# kubectl run web --image myapp:v1
pod/web created
[root@master calico]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
web 1/1 Running 0 5s 10.244.169.129 k8s-node2 <none> <none>
[root@master calico]# curl 10.244.169.129
Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
二 k8s调度（Scheduling）
2.1 调度在Kubernetes中的作用
- 调度是指将未调度的Pod自动分配到集群中的节点的过程
- 调度器通过 kubernetes 的 watch 机制来发现集群中新创建且尚未被调度到 Node 上的 Pod
- 调度器会将发现的每一个未调度的 Pod 调度到一个合适的 Node 上来运行
2.2 调度原理：
- 创建Pod
- 用户通过Kubernetes API创建Pod对象，并在其中指定Pod的资源需求、容器镜像等信息。
- 调度器监视Pod
- Kubernetes调度器监视集群中的未调度Pod对象，并为其选择最佳的节点。
- 选择节点
- 调度器通过算法选择最佳的节点，并将Pod绑定到该节点上。调度器选择节点的依据包括节点的资源使用情况、Pod的资源需求、亲和性和反亲和性等。
- 绑定Pod到节点
- 调度器将Pod和节点之间的绑定信息保存在etcd数据库中，以便节点可以获取Pod的调度信息。
- 节点启动Pod
- 节点定期检查etcd数据库中的Pod调度信息，并启动相应的Pod。如果节点故障或资源不足，调度器会重新调度Pod，并将其绑定到其他节点上运行。
2.3 调度器种类
- 默认调度器（Default Scheduler）：
- 是Kubernetes中的默认调度器，负责对新创建的Pod进行调度，并将Pod调度到合适的节点上。
- 自定义调度器（Custom Scheduler）：
- 是一种自定义的调度器实现，可以根据实际需求来定义调度策略和规则，以实现更灵活和多样化的调度功能。
- 扩展调度器（Extended Scheduler）：
- 是一种支持调度器扩展器的调度器实现，可以通过调度器扩展器来添加自定义的调度规则和策略，以实现更灵活和多样化的调度功能。
- kube-scheduler是kubernetes中的默认调度器，在kubernetes运行后会自动在控制节点运行
2.4 常用调度方法
2.4.1 nodename
- nodeName 是节点选择约束的最简单方法，但一般不推荐
- 如果 nodeName 在 PodSpec 中指定了，则它优先于其他的节点选择方法
- 使用 nodeName 来选择节点的一些限制
- 如果指定的节点不存在。
- 如果指定的节点没有资源来容纳 pod，则pod 调度失败。
- 云环境中的节点名称并非总是可预测或稳定的
实例：
bash
#建立pod文件
[[root@master scheduler]# kubectl run testpod --image myapp:v1 --dry-run=client -o yaml > pod1.yml
#设置调度
[root@master scheduler]# vim pod1.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
labels:
run: testpod
name: testpod
spec:
nodeName: node2
containers:
- image: myapp:v1
name: testpod
#建立pod
[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod1.yml
pod/testpod created
[root@master secheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
testpod 1/1 Running 0 13s 10.244.104.47 node2 <none> <none>
!NOTE
nodeName: k8s3 #找不到节点pod会出现pending，优先级最高，其他调度方式无效
2.4.2 Nodeselector(通过标签控制节点)
-
nodeSelector 是节点选择约束的最简单推荐形式
-
给选择的节点添加标签：
kubectl label nodes k8s-node1 lab=lee -
可以给多个节点设定相同标签
示例：
bash
#查看节点标签
[root@master secheduler]# kubectl get no --show-labels
NAME STATUS ROLES AGE VERSION LABELS
master Ready control-plane 13d v1.30.0 beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=master,kubernetes.io/os=linux,node-role.kubernetes.io/control-plane=,node.kubernetes.io/exclude-from-external-load-balancers=
node1 Ready <none> 13d v1.30.0 beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux
node2 Ready <none> 13d v1.30.0 beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node2,kubernetes.io/os=linux
#设定节点标签
[root@master scheduler]# kubectl label nodes node1 lab=ch
node/k8s-node1 labeled
[root@master secheduler]# kubectl get no node1 --show-labels
NAME STATUS ROLES AGE VERSION LABELS
node1 Ready <none> 13d v1.30.0 beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/arch=amd64,kubernetes.io/hostname=node1,kubernetes.io/os=linux,lab=ch
#调度设置
[root@master scheduler]# vim pod2.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
labels:
run: testpod
name: testpod
spec:
nodeSelector:
lab: ch
containers:
- image: myapp:v1
name: testpod
[root@master scheduler]# kubectl apply -f pod2.yml
pod/testpod created
[root@master secheduler]# kubectl get pod -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
testpod 1/1 Running 0 8s 10.244.166.172 node1 <none> <none>!NOTE
节点标签可以给N个节点加
bash
#对于标签的管理
#查看标签
[root@master secheduler]# kubectl get nodes --show-labels
#添加标签lab='1'
[root@master secheduler]# kubectl label nodes node1 lab='1'
node/node1 labeled
#修改标签为lab='2'
[root@master secheduler]# kubectl label nodes node1 lab='2' --overwrite
node/node1 labeled
#删除标签lab='2'
[root@master secheduler]# kubectl label nodes node1 lab-
node/node1 unlabeled
2.5 affinity（亲和性）
官方文档 ：
https://kubernetes.io/zh/docs/concepts/scheduling-eviction/assign-pod-node
2.5.1 亲和与反亲和
- nodeSelector 提供了一种非常简单的方法来将 pod 约束到具有特定标签的节点上。亲和/反亲和功能极大地扩展了你可以表达约束的类型。
- 使用节点上的 pod 的标签来约束，而不是使用节点本身的标签，来允许哪些 pod 可以或者不可以被放置在一起。
2.5.2 nodeAffinity节点亲和
- 那个节点服务指定条件就在那个节点运行
- requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 必须满足，但不会影响已经调度
- preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 倾向满足，在无法满足情况下也会调度pod
- IgnoreDuringExecution 表示如果在Pod运行期间Node的标签发生变化，导致亲和性策略不能满足，则继续运行当前的Pod。
- nodeaffinity还支持多种规则匹配条件的配置如
| 匹配规则 | 功能 |
|---|---|
| ln | label 的值在列表内 |
| Notln | label 的值不在列表内 |
| Gt | label 的值大于设置的值，不支持Pod亲和性 |
| Lt | label 的值小于设置的值，不支持pod亲和性 |
| Exists | 设置的label 存在 |
| DoesNotExist | 设置的 label 不存在 |
nodeAffinity示例
bash
#示例1
[root@master scheduler]# vim pod3.yml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: node-affinity
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
affinity:
nodeAffinity:
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
nodeSelectorTerms:
- matchExpressions:
- key: disk
operator: In | NotIn #两个结果相反
values:
- ssd
2.5.3 Podaffinity（pod的亲和）
- 那个节点有符合条件的POD就在那个节点运行
- podAffinity 主要解决POD可以和哪些POD部署在同一个节点中的问题
- podAntiAffinity主要解决POD不能和哪些POD部署在同一个节点中的问题。它们处理的是Kubernetes集群内部POD和POD之间的关系。
- Pod 间亲和与反亲和在与更高级别的集合（例如 ReplicaSets，StatefulSets，Deployments 等）一起使用时，
- Pod 间亲和与反亲和需要大量的处理，这可能会显著减慢大规模集群中的调度。
Podaffinity示例
bash
[root@master scheduler]# vim example4.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
affinity:
podAffinity: # Pod亲和性：让当前Pod倾向于和某些特定Pod调度到一起
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: # 调度时必须满足的规则（硬亲和性）
- labelSelector: # 匹配目标Pod的标签选择器
matchExpressions:
- key: app # 匹配标签的key为"app"
operator: In # 匹配规则：标签value在指定列表中
values:
- nginx # 标签value为"nginx"
topologyKey: "kubernetes.io/hostname" # 拓扑域：以"节点"为单位（同一主机视为一个拓扑域）
[root@master secheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
nginx-deployment-658496fff-4kd8n 1/1 Running 0 13s 10.244.104.48 node2 <none> <none>
nginx-deployment-658496fff-7nw8m 1/1 Running 0 13s 10.244.104.50 node2 <none> <none>
nginx-deployment-658496fff-j56hb 1/1 Running 0 13s 10.244.104.49 node2 <none> <none>
node-affinity 1/1 Running 0 4m56s 10.244.166.173 node1 <none> <none>
2.5.4 Podantiaffinity（pod反亲和）
Podantiaffinity示例
bash
[root@master secheduler]# vim test2.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
affinity:
podAntiAffinity: #反亲和
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
- labelSelector:
matchExpressions:
- key: app
operator: In
values:
- nginx
topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
[root@master secheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
nginx-deployment-5f5fc7b8b9-592vf 1/1 Running 0 27s 10.244.166.174 node1 <none> <none>
nginx-deployment-5f5fc7b8b9-dkrjx 0/1 Pending 0 27s <none> <none> <none> <none>
nginx-deployment-5f5fc7b8b9-tbsz5 1/1 Running 0 27s 10.244.104.51 node2 <none> <none>
2.6 Taints（污点模式，禁止调度）
-
Taints(污点)是Node的一个属性，设置了Taints后，默认Kubernetes是不会将Pod调度到这个Node上
-
Kubernetes如果为Pod设置Tolerations(容忍)，只要Pod能够容忍Node上的污点，那么Kubernetes就会忽略Node上的污点，就能够(不是必须)把Pod调度过去
-
可以使用命令 kubectl taint 给节点增加一个 taint：
kubectl taint nodes
key=string:effect #命令执行方法 kubectl taint nodes node1 key=value:NoSchedule #创建
kubectl describe nodes server1 | grep Taints #查询 kubectl taint nodes node1 key- #删除
其中[effect] 可取值：
| effect值 | 解释 |
|---|---|
| NoSchedule | POD 不会被调度到标记为 taints 节点 |
| PreferNoSchedule | NoSchedule 的软策略版本，尽量不调度到此节点 |
| NoExecute | 如该节点内正在运行的 POD 没有对应 Tolerate 设置，会直接被逐出 |
Taints示例
bash
#建立控制器并运行
[root@master secheduler]# vim test3.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
labels:
app: web
name: web
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: web
template:
metadata:
labels:
app: web
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
[root@master scheduler]# kubectl apply -f test3.yml
deployment.apps/web created
[root@master secheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
web-7c56dcdb9b-q4sct 1/1 Running 0 73s 10.244.166.175 node1 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-szwmb 1/1 Running 0 73s 10.244.104.52 node2 <none> <none>
#设定污点为NoSchedule
[root@master secheduler]# kubectl taint node node1 name=ch:NoSchedule
node/node1 tainted
[root@master secheduler]# kubectl describe nodes node1 | grep Tain
Taints: name=ch:NoSchedule
#控制器增加pod
[root@master secheduler]# kubectl scale deployment web --replicas 4
deployment.apps/web scaled
#查看
[root@master secheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
web-7c56dcdb9b-q4sct 1/1 Running 0 4m58s 10.244.166.175 node1 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-sxvkw 1/1 Running 0 89s 10.244.104.54 node2 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-szwmb 1/1 Running 0 4m58s 10.244.104.52 node2 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-twblw 1/1 Running 0 89s 10.244.104.53 node2 <none> <none>
bash
#设定污点为NoExecute
[root@master scheduler]# kubectl taint node node1 name=ch:NoExecute
node/node1 tainted
[root@master secheduler]# kubectl describe nodes node1 | grep Tain
Taints: name=ch:NoExecute
[root@master secheduler]# kubectl get pods -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
web-7c56dcdb9b-nnsj2 1/1 Running 0 40s 10.244.104.55 node2 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-sxvkw 1/1 Running 0 4m38s 10.244.104.54 node2 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-szwmb 1/1 Running 0 8m7s 10.244.104.52 node2 <none> <none>
web-7c56dcdb9b-twblw 1/1 Running 0 4m38s 10.244.104.53 node2 <none> <none>
#删除污点
[root@master secheduler]# kubectl taint node node1 name-
node/node1 untainted
[root@master secheduler]# kubectl describe nodes node1 | grep Tain
Taints: <none>
tolerations（污点容忍）
- tolerations中定义的key、value、effect，要与node上设置的taint保持一直：
- 如果 operator 是 Equal ，则key与value之间的关系必须相等。
- 如果 operator 是 Exists ，value可以省略
- 如果不指定operator属性，则默认值为Equal。
- 还有两个特殊值：
- 当不指定key，再配合Exists 就能匹配所有的key与value ，可以容忍所有污点。
- 当不指定effect ，则匹配所有的effect
污点容忍示例：
bash
#设定节点污点
[root@master scheduler]# kubectl taint node node1 name=ch:NoExecute
node/node1 tainted
[root@master scheduler]# kubectl taint node node2 nodetype=bad:NoSchedule
node/node2 tainted
[root@master scheduler]# vim test4.yml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
labels:
app: web
name: web
spec:
replicas: 6
selector:
matchLabels:
app: web
template:
metadata:
labels:
app: web
spec:
containers:
- image: nginx
name: nginx
tolerations: #容忍所有污点
- operator: Exists
tolerations: #容忍effect为Noschedule的污点
- operator: Exists
effect: NoSchedule
tolerations: #容忍指定kv的NoSchedule污点
- key: nodetype
value: bad
effect: NoSchedule!NOTE
三种容忍方式每次测试写一个即可
容忍所有污点
bash
tolerations:
- operator: Exists
容忍effect为Noschedule的污点
bash
tolerations:
- operator: Exists
effect: NoSchedule
容忍指定key-value的NoSchedule污点
bash
tolerations:
- key: nodetype
value: bad
effect: NoSchedule