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K8s学习笔记(二十) 亲和性、污点、容忍、驱逐

news 2025/10/16 7:19:53

K8s 的亲和性、污点（Taint）、容忍（Toleration）和驱逐（Eviction）都是控制 Pod 调度与节点关系的核心机制，但作用方向和场景不同。简单说：

  • 亲和性：Pod “主动选择” 节点（或其他 Pod）；
  • 污点：节点 “主动排斥” Pod（给节点打 “排斥标签”）；
  • 容忍：Pod “接受被排斥”（告诉节点 “我能忍受你的排斥”）；
  • 驱逐：节点或 K8s “强制移除” Pod（因资源不足或节点异常）。

1 亲和性与反亲和性

K8s 的亲和性（Affinity）和反亲和性（Anti-Affinity）是控制 Pod 调度位置的核心机制，简单说就是：

  • 亲和性：让 Pod “尽量” 或 “必须” 跑到某些节点 / 其他 Pod 附近；
  • 反亲和性：让 Pod “尽量” 或 “必须” 远离某些节点 / 其他 Pod 附近。

通过这两种机制，能实现更灵活的调度策略（比如 “把前端 Pod 和后端 Pod 放同一节点减少延迟”“避免同一应用的多个副本挤在同一节点以防单点故障”）。

1.1 2 个核心维度

亲和性 / 反亲和性的配置，主要从 “作用对象”和“约束强度” 两个维度区分：

作用对象含义典型场景
节点亲和性Pod 对节点的 “偏好”（基于节点标签）只跑在有 SSD 的节点、只跑在特定机房的节点
Pod 亲和性 / 反亲和性Pod 对其他 Pod 的 “偏好”（基于其他 Pod 标签）前后端 Pod 放同一节点、同应用副本分散在不同节点
约束强度含义后果
硬约束（Required）必须满足，不满足则 Pod 调度失败若没符合条件的节点，Pod 会一直处于 Pending 状态
软约束（Preferred）尽量满足，不满足也能调度到其他节点优先按规则调度，实在不行就 “妥协”

1.2 节点亲和性（NodeAffinity）：控制 Pod 跑在哪些节点

节点亲和性是 Pod 通过节点的标签来选择节点，比如节点有disk=ssd或region=beijing标签，Pod 可以指定 “只跑在带这些标签的节点上”。

1.2.1 硬约束（必须满足）示例

需求：Pod 必须调度到 “有env=prod标签” 且 “没有disk=hdd标签” 的节点上。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: node-affinity-required
spec:containers:- name: demoimage: nginxaffinity:nodeAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬约束nodeSelectorTerms:  # 节点选择条件（满足任意一个term即可）- matchExpressions:  # 表达式列表（需同时满足所有表达式）- key: env          # 节点标签的keyoperator: In      # 操作符：In（在列表中）、NotIn（不在列表中）、Exists（存在该标签）等values: ["prod"]  # 标签的value列表- key: diskoperator: NotInvalues: ["hdd"]
1.2.2 软约束（尽量满足）示例

需求：优先把 Pod 调度到 “有performance=high标签” 的节点，若没有则调度到其他节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: node-affinity-preferred
spec:containers:- name: demoimage: nginxaffinity:nodeAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 软约束（可配置多个，有权重）- weight: 80  # 权重（0-100），数值越高优先级越高preference:matchExpressions:- key: performanceoperator: Invalues: ["high"]- weight: 20  # 次要偏好：有`zone=zone1`标签的节点preference:matchExpressions:- key: zoneoperator: Invalues: ["zone1"]
关键说明：
  • nodeSelectorTerms是 “或” 关系（满足任意一个 term 即可）；
  • matchExpressions内部是 “与” 关系（必须满足所有表达式）；
  • 操作符Exists只需节点有该标签即可，无需指定values（如key: env, operator: Exists）。

1.3 Pod 亲和性 / 反亲和性：控制 Pod 与其他 Pod 的位置关系

Pod 亲和性 / 反亲和性是通过其他 Pod 的标签来决定调度位置，比如 “和app=backend的 Pod 放同一节点”（亲和），或 “不和其他app=frontend的 Pod 放同一节点”（反亲和）。

核心依赖拓扑域（topologyKey）：定义 “什么范围算‘附近’”（如同一节点、同一可用区、同一机房）。常见拓扑域：

  • kubernetes.io/hostname：同一节点（最常用）；
  • topology.kubernetes.io/zone：同一可用区；
  • topology.kubernetes.io/region：同一区域。
1.3.1 Pod 亲和性（PodAffinity）示例

需求：让前端 Pod（app=frontend）尽量和后端 Pod（app=backend）调度到同一节点（减少网络延迟）。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: frontend-podlabels:app: frontend
spec:containers:- name: frontendimage: nginxaffinity:podAffinity:preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 软亲和（尽量满足）- weight: 100podAffinityTerm:labelSelector:  # 目标Pod的标签（匹配app=backend的Pod）matchExpressions:- key: appoperator: Invalues: ["backend"]topologyKey: kubernetes.io/hostname  # 拓扑域：同一节点
1.3.2 Pod 反亲和性（PodAntiAffinity）示例

需求：让app=redis的多个 Pod必须分散在不同节点（避免单点故障，适合有状态服务）。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: redis-pod-1labels:app: redis
spec:containers:- name: redisimage: redisaffinity:podAntiAffinity:requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 硬反亲和（必须满足）- labelSelector:  # 目标Pod的标签（匹配其他app=redis的Pod）matchExpressions:- key: appoperator: Invalues: ["redis"]topologyKey: kubernetes.io/hostname  # 拓扑域：不同节点（即不能和同标签Pod在同一节点）

如果再创建redis-pod-2（同标签），K8s 会自动把它调度到和redis-pod-1不同的节点。

1.4 关键注意事项

  1. 硬约束慎用：硬约束（Required）如果没有满足条件的节点，Pod 会一直 Pending，建议先用软约束观察调度情况，再逐步调整为硬约束。
  2. Pod 亲和性开销更高：Pod 亲和性 / 反亲和性需要扫描集群中其他 Pod 的标签，大规模集群可能增加调度器负担，节点亲和性更轻量。
  3. 拓扑域选择：
    • 想 “同节点” 用kubernetes.io/hostname；
    • 想 “同可用区但不同节点” 用topology.kubernetes.io/zone（适合平衡性能和可用性）。
  4. 标签一致性：确保目标节点或 Pod 的标签正确（比如用kubectl get nodes --show-labels查看节点标签）。

1.5 验证调度结果

配置后，用以下命令查看 Pod 被调度到哪个节点，验证是否符合预期：

kubectl get pods -o wide  # 查看Pod的NODE列

如果 Pod 处于 Pending 状态，用kubectl describe pod <pod名>查看事件，通常会提示 “没有满足亲和性条件的节点”，可据此调整标签或约束规则。

1.6 总结

类型作用对象典型场景核心配置字段
节点亲和性节点（标签）只跑在 SSD 节点、特定区域节点nodeAffinity
Pod 亲和性其他 Pod（标签）前后端 Pod 同节点、同可用区podAffinity + topologyKey
Pod 反亲和性其他 Pod（标签）同应用副本分散在不同节点、不同可用区podAntiAffinity + topologyKey

2 污点（Taint）：节点主动 “拒绝” Pod

节点可以通过 “污点” 主动排斥 Pod，就像给节点贴了 “禁止入内” 的标签。只有 Pod 明确表示 “我能忍受这个污点”（即配置了对应的容忍），才能被调度到该节点。

2.1 污点的核心组成

每个污点由 3 部分构成：key=value:effect，其中：

  • key=value：污点的标识（类似标签）；
  • effect：污点的 “排斥效果”，决定如何排斥 Pod，有 3 种类型：
effect 类型作用
NoSchedule节点不会调度新 Pod 到该节点（已运行的 Pod 不受影响）。
PreferNoSchedule尽量不调度新 Pod 到该节点（软约束，实在没节点时也能调度）。
NoExecute不仅不调度新 Pod，还会驱逐已运行在该节点上、且没有对应容忍的 Pod。

2.2 给节点打污点（操作示例）

假设给节点node-1打一个 “只允许 GPU 相关 Pod 运行” 的污点：

# 格式：kubectl taint nodes <节点名> <key>=<value>:<effect>
kubectl taint nodes node-1 gpu=yes:NoSchedule

此时，没有容忍这个污点的 Pod会被node-1拒绝调度。

2.3 常见场景
  • 给 GPU 节点打污点，避免普通 Pod 占用 GPU 资源；
  • 给 master 节点打默认污点（node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule），防止普通 Pod 调度到 master；
  • 给故障节点打NoExecute污点，快速驱逐其上的 Pod。

3 容忍（Toleration）：Pod “忍受” 节点的污点

容忍是 Pod 的配置，用于告诉 K8s：“我能忍受节点的某个 / 某些污点，请允许我调度到该节点”。

3.1 容忍的配置示例（YAML）

要让 Pod 能调度到带有gpu=yes:NoSchedule污点的节点，需在 Pod 中配置对应的容忍：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: gpu-pod
spec:containers:- name: gpu-appimage: nvidia/cuda  # 假设这是一个需要GPU的应用tolerations:  # 容忍配置- key: "gpu"        # 匹配污点的keyoperator: "Equal" # 匹配方式：Equal（精确匹配value）或Exists（只要key存在，忽略value）value: "yes"      # 匹配污点的valueeffect: "NoSchedule"  # 匹配污点的effect

3.2 灵活配置方式

  • 忽略 value：只要节点有 gpu这个 key 的污点，不管 value 是什么都容忍：

    tolerations:
- key: "gpu"operator: "Exists"  # 只要key存在就容忍effect: "NoSchedule"

  • 容忍所有污点：（谨慎使用，可能导致 Pod 被调度到不合适的节点）

    tolerations:
- operator: "Exists"  # 不指定key和effect，容忍所有污点

3.3 污点 + 容忍的经典组合

给节点打污点，再让特定 Pod 配置容忍，实现 “节点专属 Pod”：

  • 节点node-gpu打污点：gpu=yes:NoSchedule；
  • 只有带gpu=yes容忍的 Pod（如 AI 训练 Pod）才能调度到node-gpu；
  • 普通 Pod 因没有容忍，被node-gpu拒绝，避免占用 GPU 资源。

4 驱逐（Eviction）：强制移除 Pod

驱逐是 K8s 在节点资源不足、节点异常等情况下，将 Pod 从节点上 “赶走” 的机制，确保集群稳定。

4.1 驱逐的两种类型

类型触发原因示例场景
节点触发驱逐节点资源紧张（内存 / 磁盘不足）、节点状态异常（如磁盘损坏）。节点内存使用率达 95%，驱逐低优先级 Pod 释放资源。
用户触发驱逐管理员手动执行命令，主动移除 Pod。节点维护前，手动驱逐其上的所有 Pod。

4.2 自动驱逐的核心逻辑（节点压力）

K8s 节点的kubelet会监控资源使用，当达到 “驱逐阈值” 时，按以下顺序驱逐 Pod：

  1. 优先驱逐资源使用超过 limits的 Pod（“违规者” 先被清）；
  2. 再按Pod 优先级（PriorityClass） 驱逐：低优先级 Pod 先被驱逐；
  3. 同优先级下，驱逐资源请求比例最高的 Pod（如请求 1 核却用了 2 核的 Pod）。

4.3 关键配置：驱逐阈值

可在kubelet配置中自定义驱逐阈值（如kubelet-config.yaml）：

evictionHard:  # 硬阈值：达到后立即驱逐memory.available: "100Mi"  # 内存可用量低于100Mi时驱逐nodefs.available: "10%"    # 节点磁盘可用量低于10%时驱逐
evictionSoft:  # 软阈值：达到后等待一段时间再驱逐nodefs.available: "15%"
evictionSoftGracePeriod:  # 软阈值等待时间nodefs.available: "5m"   # 磁盘可用量低于15%后，等待5分钟再驱逐

4.4 NoExecute 污点与驱逐的关系

当节点添加NoExecute污点时，会触发驱逐：

  • 没有对应容忍的 Pod 会被立即驱逐；

  • 有对应容忍的 Pod，可通过 tolerationSeconds配置 “最多再留多久”：

    tolerations:
- key: "node.kubernetes.io/unreachable"  # 节点不可达的污点（K8s自动添加）operator: "Exists"effect: "NoExecute"tolerationSeconds: 300  # 节点不可达后，最多再留300秒（5分钟）再被驱逐

5 核心机制对比与配合使用

机制作用方向典型场景与其他机制的配合
亲和性Pod 主动选择节点让 Pod 跑在 SSD 节点、同可用区与污点 + 容忍配合：先通过亲和性选节点，再用容忍通过节点的污点检查
污点节点主动排斥 Pod保护 GPU 节点、隔离故障节点必须配合容忍才能让 Pod 调度到该节点
容忍Pod 接受节点的排斥允许 GPU 应用调度到带 GPU 污点的节点单独使用无效，需配合节点的污点
驱逐强制移除 Pod节点资源不足时保稳定、节点维护前清 PodNoExecute污点会触发驱逐，驱逐优先级受 Pod 优先级影响

6 实战验证命令

  1. 查看节点污点：kubectl describe node <节点名> | grep Taint
  2. 给节点打污点：kubectl taint nodes <节点名> key=value:effect
  3. 移除节点污点：kubectl taint nodes <节点名> key:effect-（末尾加 “-”）
  4. 查看 Pod 的容忍配置：kubectl describe pod <pod名> | grep Tolerations
  5. 手动驱逐 Pod：kubectl delete pod <pod名> --grace-period=0 --force（强制立即驱逐）

7 总结

  • 想让 Pod “选节点”：用亲和性；
  • 想让节点 “拒 Pod”：给节点打污点，再让允许的 Pod 配置容忍；
  • 想让 Pod “被赶走”：要么触发节点自动驱逐（资源不足），要么用NoExecute污点强制驱逐。
http://www.dtcms.com/a/486430.html

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