K8s调度核心：从Pod分配到节点优化

在 Kubernetes（K8s）中，Pod 调度是指 K8s 系统根据特定规则和策略，将 Pod 合理分配到集群中的某个节点（Node）上运行的过程。其核心目标是确保 Pod 在合适的节点上高效、稳定地运行，充分利用集群资源。

一、调度核心组件

• kube-scheduler：K8s 核心组件之一，负责执行调度决策。它持续监听未调度的 Pod（Pending 状态），通过一系列算法筛选出符合条件的节点，最终选择最优节点绑定 Pod。
• 节点（Node）：集群中的工作节点，提供计算、存储、网络等资源，是 Pod 的运行载体。
• Pod：待调度的最小部署单元，包含容器及运行需求（如 CPU、内存、特殊硬件等）。

二、调度流程

kube-scheduler 的调度过程分为过滤（Filtering） 和打分（Scoring） 两个阶段：

1. 过滤阶段（筛选候选节点）
   从集群所有节点中排除不符合 Pod 运行条件的节点，得到 “候选节点列表”。
   常见过滤规则（谓词）：

   • 资源满足：节点的剩余 CPU、内存等资源 ≥ Pod 请求的资源（resources.requests）。
   • 节点选择器匹配：节点标签需满足 Pod 的 nodeSelector 规则（如 env=prod）。
   • 污点与容忍匹配：节点的污点（Taint）需被 Pod 的容忍（Toleration）允许（否则 Pod 无法调度到该节点）。
   • 端口冲突检查：避免 Pod 所需端口在节点上已被占用（针对 hostPort 配置）。

   若过滤后无候选节点，Pod 将一直处于 Pending 状态。

2. 打分阶段（选择最优节点）
   对候选节点按 “优先级规则” 打分（0-10 分），得分最高的节点被选为最终调度目标。
   常见打分规则（优先级）：

   • 资源均衡：优先选择资源使用率较低的节点（避免节点负载过高）。
   • 亲和性偏好：根据 Pod 或节点的亲和性规则（如 nodeAffinity、podAffinity）加分。
   • 镜像 locality：优先选择已缓存 Pod 所需镜像的节点（减少镜像拉取时间）。

三、常用调度策略与示例

1. 节点选择器（nodeSelector）

通过节点标签（Label）和 Pod 的 nodeSelector 直接绑定，简单直观

步骤：

• 给节点打标签：kubectl label nodes node-1 env=prod
• 在 Pod 中指定选择器：

  yaml

  apiVersion: v1
  kind: Pod
  metadata:
    name: pod-with-nodeselector
  spec:
    containers:
    - name: app
      image: nginx
    nodeSelector:
      env: prod  # 仅调度到标签为 env=prod 的节点
  

2. 亲和性与反亲和性（Affinity/Anti-Affinity）

比 nodeSelector 更灵活，支持复杂规则（如 “偏好” 或 “必须” 满足、跨 Pod 关联等）。

• 节点亲和性（nodeAffinity）：控制 Pod 调度到哪些节点（基于节点标签）。
  示例：优先调度到 disk=ssd 的节点，若不存在则允许调度到其他节点：

  yaml

  spec:
    affinity:
      nodeAffinity:
        preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  # 偏好规则（非必须）
        - weight: 100  # 权重（0-100）
          preference:
            matchExpressions:
            - key: disk
              operator: In
              values: [ssd]
  

• Pod 亲和性（podAffinity）：让 Pod 调度到与特定 Pod 相同的节点（基于其他 Pod 的标签），适合服务间通信频繁的场景（如前端与后端）。

• Pod 反亲和性（podAntiAffinity）：让 Pod 避免调度到与特定 Pod 相同的节点，适合分散部署（如分布式数据库节点避免集中在同一节点）。

3. 污点（Taint）与容忍（Toleration）

• 污点（Taint）：节点上的 “排斥性标签”，用于阻止 Pod 调度到该节点（除非 Pod 明确 “容忍” 该污点）。
  示例：给节点添加污点（不允许普通 Pod 调度）：

  bash

  kubectl taint nodes node-1 key=value:NoSchedule  # NoSchedule 表示拒绝未容忍的 Pod
  

• 容忍（Toleration）：Pod 上的配置，声明可以 “容忍” 节点的某些污点，从而允许被调度到该节点。
  示例：Pod 容忍上述污点：

  yaml

  spec:
    tolerations:
    - key: "key"
      operator: "Equal"
      value: "value"
      effect: "NoSchedule"
  

   

  常见污点效果：

  • NoSchedule：仅影响新 Pod 调度，不影响已运行的 Pod。
  • NoExecute：不仅拒绝新 Pod，还会驱逐已运行的未容忍 Pod。

4. 节点亲和性与污点的区别

• 亲和性：Pod 主动 “吸引” 到某些节点（Pod 配置规则）。
• 污点 / 容忍：节点主动 “排斥” Pod，Pod 需主动 “允许” 被调度（节点配置污点，Pod 配置容忍）。