云原生高可用与容灾系列(一): Pod 打散调度

本文摘自 kubernetes 学习笔记

概述

将 Pod 打散调度到不同地方,可避免因软硬件故障、光纤故障、断电或自然灾害等因素导致服务不可用,以实现服务的高可用部署。

Kubernetes 支持两种方式将 Pod 打散调度:

  • Pod 反亲和 (Pod Anti-Affinity)
  • Pod 拓扑分布约束 (Pod Topology Spread Constraints)

本文介绍两种方式的用法示例与对比总结。

使用 podAntiAffinity

将 Pod 强制打散调度到不同节点上(强反亲和),以避免单点故障:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - topologyKey: kubernetes.io/hostname
            labelSelector:
              matchLabels:
                app: nginx
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
  • labelSelector.matchLabels 替换成选中 Pod 实际使用的 label。
  • topologyKey: 节点的某个 label 的 key,能代表节点所处拓扑域,可以用 Well-Known Labels,常用的是 kubernetes.io/hostname (节点维度)、topology.kubernetes.io/zone (可用区/机房 维度)。也可以自行手动为节点打上自定义的 label 来定义拓扑域,比如 rack (机架维度)、machine (物理机维度)、switch (交换机维度)。
  • 若不希望用强制,可以使用弱反亲和,让 Pod 尽量调度到不同节点:
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - podAffinityTerm:
          topologyKey: kubernetes.io/hostname
        weight: 100
    

将 Pod 强制打散调度到不同可用区(机房),以实现跨机房容灾:

kubernetes.io/hostname 换成 topology.kubernetes.io/zone,其余同上。

使用 topologySpreadConstraints

将 Pod 最大程度上均匀的打散调度到各个节点上:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
        whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
        labelSelector:
        - matchLabels:
            app: nginx
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
  • topologyKey: 与 podAntiAffinity 中配置类似。
  • labelSelector: 与 podAntiAffinity 中配置类似,只是这里可以支持选中多组 pod 的 label。
  • maxSkew: 必须是大于零的整数,表示能容忍不同拓扑域中 Pod 数量差异的最大值。这里的 1 意味着只允许相差 1 个 Pod。
  • whenUnsatisfiable: 指示不满足条件时如何处理。DoNotSchedule 不调度 (保持 Pending),类似强反亲和;ScheduleAnyway 表示要调度,类似弱反亲和;

以上配置连起来解释: 将所有 nginx 的 Pod 严格均匀打散调度到不同节点上,不同节点上 nginx 的副本数量最多只能相差 1 个,如果有节点因其它因素无法调度更多的 Pod (比如资源不足),那么就让剩余的 nginx 副本 Pending。

所以,如果要在所有节点中严格打散,通常不太可取,可以加下 nodeAffinity,只在部分资源充足的节点严格打散:

    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: io
                operator: In
                values:
                - high
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
        whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
        labelSelector:
        - matchLabels:
            app: nginx

或者类似弱反亲和, 将 Pod 尽量均匀的打散调度到各个节点上,不强制 (DoNotSchedule 改为 ScheduleAnyway):

    spec:
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
        whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway
        labelSelector:
        - matchLabels:
            app: nginx

如果集群节点支持跨可用区,也可以 将 Pod 尽量均匀的打散调度到各个可用区 以实现更高级别的高可用 (topologyKey 改为 topology.kubernetes.io/zone):

    spec:
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
        whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway
        labelSelector:
        - matchLabels:
            app: nginx

更进一步地,可以 将 Pod 尽量均匀的打散调度到各个可用区的同时,在可用区内部各节点也尽量打散:

    spec:
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
        whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway
        labelSelector:
        - matchLabels:
            app: nginx
      - maxSkew: 1
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
        whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway
        labelSelector:
        - matchLabels:
            app: nginx

小结

从示例能明显看出,topologySpreadConstraintspodAntiAffinity 功能更强,提供了提供更精细的调度控制,我们可以理解成 topologySpreadConstraintspodAntiAffinity 的升级版。topologySpreadConstraints 特性在 K8S v1.18 默认启用,所以建议 v1.18 及其以上的集群使用 topologySpreadConstraints 来打散 Pod 的分布以提高服务可用性。

参考资料

roc
roc
云原生架构师

授人以鱼不如授人以渔

公众号二维码
上一页

相关