Вы просматриваете документацию для Kubernetes версии: v1.30

Kubernetes v1.30 документация больше не поддерживается. Версия, которую вы сейчас просматриваете, является статической. Для актуальной документации см. последнюю версию.

Распределение подов по узлам

Можно настроить под так, чтобы тот мог запускаться только на определенном(-ых) узле(-ах) или предпочитал определенную группу узлов. Сделать это можно несколькими способами, при этом все рекомендуемые подходы используют селекторы лейблов для выбора. Зачастую нужды в подобных ограничениях нет; планировщик автоматически размещает поды оптимальным образом (например, распределяет их по узлам, чтобы они не оказались все на одном узле с дефицитом ресурсов). Однако в некоторых обстоятельствах возможность контролировать, куда именно попадет под, может пригодиться. Например, она поможет запланировать под на узел с быстрым SSD-хранилищем или разместить два активно взаимодействующих друг с другом пода в одной зоне доступности.

Для планирования подов на определенные узлы можно использовать любой из методов:

Лейблы узлов

Как и у многих других объектов Kubernetes, у узлов есть лейблы. Их можно навешивать вручную. Kubernetes также навешивает стандартный набор лейблов на все узлы кластера.

Изоляция узла/ограничение его использования

Лейблы узлов позволяют размещать поды на определенные узлы или группы узлов. С их помощью можно планировать поды на узлы с определенными требованиями к изоляции, безопасности или соответствию нормативным положениям.

При использовании лейблов для изоляции узлов следует выбирать ключи лейблов, которые kubelet не может изменить. В этом случае взломанный узел не сможет навесить на себя эти лейблы в надежде, что планировщик разместит на него рабочие нагрузки.

Admission-плагин NodeRestriction не позволяет kubelet'у устанавливать или изменять лейблы с префиксом node-restriction.kubernetes.io/.

Чтобы использовать этот префикс для изоляции узла:

  1. Убедитесь, что используется авторизатор узлов и включен admission-плагин NodeRestriction.
  2. Добавьте лейблы с префиксом node-restriction.kubernetes.io/ к узлам и используйте их в селекторах узлов. Например, example.com.node-restriction.kubernetes.io/fips=true или example.com.node-restriction.kubernetes.io/pci-dss=true.

nodeSelector

nodeSelector — простейшая рекомендуемая форма настроек выбора узлов. Можно добавить поле nodeSelector в спецификацию пода и перечислить в нем лейблы узлов, которые подходят для развертывания пода. В этом случае Kubernetes будет планировать под только на узлы со всеми указанными лейблами.

Дополнительную информацию см. в разделе Размещение подов на узлах.

Правила совместного/раздельного существования (affinity и anti-affinity)

nodeSelector — самый простой способ развернуть поды на узлах с определенными лейблами. Правила совместного/раздельного существования расширяют типы ограничений, которые можно накладывать. Вот некоторые из их преимуществ:

  • Язык правил affinity/anti-affinity более выразителен. nodeSelector выбирает узлы только со всеми указанными лейблами. Правила affinity/anti-affinity расширяют логику выбора и делают ее более гибкой.
  • Правило может быть мягким (soft) или предпочтительным (preferred). В этом случае планировщик все равно запланирует под, даже если подходящего узла для него не найдется.
  • При планировании пода планировщик может учитывать лейблы других подов, запущенных на узле (или в иной топологической области), а не только лейблы самого узла. Это позволяет формулировать правила, определяющие сосуществование подов на узле.

Правила совместного существования (affinity) бывают двух типов:

  • Правила для узлов (node affinity) работают подобно полю nodeSelector, но более выразительны. Кроме того, можно задавать мягкие правила.
  • Правила для подов (inter-pod affinity и anti-affinity) позволяют при планировании учитывать лейблы других подов.

Правила совместного существования для узлов (node affinity)

Правила совместного существования для узлов концептуально похожи на nodeSelector. С помощью лейблов они позволяют ограничивать список узлов, на которые может быть запланирован под. Существует два типа таких правил:

  • requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: Планировщик не может запланировать под, если правило не выполнено. Работает как nodeSelector, но с более выразительным синтаксисом.
  • preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: Планировщик пытается найти узел, который соответствует правилу. Если подходящий узел не удается найти, планировщик все равно планирует под.

Задавать правила совместного существования для узлов можно с помощью поля .spec.affinity.nodeAffinity в спецификации пода.

В качестве примера рассмотрим следующую спецификацию пода:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-node-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: topology.kubernetes.io/zone
            operator: In
            values:
            - antarctica-east1
            - antarctica-west1
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: another-node-label-key
            operator: In
            values:
            - another-node-label-value
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: registry.k8s.io/pause:2.0

В этом примере применяются следующие правила:

  • У узла должен быть лейбл с ключом topology.kubernetes.io/zone, и значение этого лейбла должно быть либо antarctica-east1, либо antarctica-west1.
  • Предпочтительно, чтобы у узла был лейбл с ключом another-node-label-key и значением another-node-label-value.

Можно использовать поле operator для указания логического оператора, который Kubernetes будет применять при интерпретации правил. Доступны In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt и Lt.

Узнать больше о том, как они работают, можно в подразделе Операторы.

NotIn и DoesNotExist позволяют задавать правила раздельного существования (anti-affinity) для узла. Кроме того, можно использовать taint'ы узлов, чтобы "отвадить" поды от определенных узлов.

Дополнительную информацию см. в разделе Размещаем поды на узлы с помощью Node Affinity.

Вес правил совместного существования

Для каждого правила типа preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution можно указать вес weight в диапазоне от 1 до 100. Найдя несколько узлов, удовлетворяющих всем остальным требованиям для планирования пода, планировщик перебирает предпочтительные правила, которым удовлетворяет узел, и суммирует их веса.

Итоговая сумма добавляется к оценке, полученной при анализе других параметров, влияющих на приоритет узла. Принимая решение о размещении пода, планировщик отдает предпочтение узлам с наибольшей суммарной оценкой.

В качестве примера рассмотрим следующую спецификацию пода:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-affinity-anti-affinity
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: kubernetes.io/os
            operator: In
            values:
            - linux
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 1
        preference:
          matchExpressions:
          - key: label-1
            operator: In
            values:
            - key-1
      - weight: 50
        preference:
          matchExpressions:
          - key: label-2
            operator: In
            values:
            - key-2
  containers:
  - name: with-node-affinity
    image: registry.k8s.io/pause:2.0

Если правилу preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution соответствуют два узла (один — с лейблом label-1:key-1, другой — с label-2:key-2), планировщик считает вес weight каждого узла и добавляет его к другим оценкам для этого узла. Под планируется на узел с наивысшей итоговой оценкой.

Правила совместного существования и профили планирования

СТАТУС ФИЧИ: Kubernetes v1.20 [beta]

При настройке нескольких профилей планирования можно связать профиль с правилами совместного существования для узлов (это удобно, когда профиль применяется к определенному набору узлов). Для этого необходимо добавить addedAffinity в поле args плагина NodeAffinity в конфигурации планировщика. Например:

apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1beta3
kind: KubeSchedulerConfiguration

profiles:
  - schedulerName: default-scheduler
  - schedulerName: foo-scheduler
    pluginConfig:
      - name: NodeAffinity
        args:
          addedAffinity:
            requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
              nodeSelectorTerms:
              - matchExpressions:
                - key: scheduler-profile
                  operator: In
                  values:
                  - foo

Правило addedAffinity применяется ко всем подам с полем .spec.schedulerName, имеющим значение foo-scheduler, в дополнение к NodeAffinity, заданному в PodSpec. Таким образом, подходящие для пода узлы должны удовлетворять параметрам addedAffinity и правилам .spec.NodeAffinity пода.

Поскольку конечные пользователи не видят addedAffinity, результат применения этих правил может быть для них неожиданным. Используйте лейблы узлов, которые однозначно соотносятся с именем профиля планировщика.

Правила совместного/раздельного существования подов

Правила совместного/раздельного существования подов позволяют выбирать узлы для планирования в зависимости от лейблов подов, которые уже на этих узлах работают (вместо лейблов самих узлов).

Алгоритм работы правил совместного/раздельного существования подов можно описать так: "данный под должен (или не должен в случае раздельного (anti-affinity) существования) размещаться на X, если на нем уже работает один или несколько подов, удовлетворяющих правилу Y", где X — топологический домен, например, узел, стойка, зона/регион облачного провайдера и т. п., а Y — правило, которое Kubernetes пытается удовлетворить.

Для задания правил Y используются селекторы лейблов с необязательным связанным списком пространств имен. Для подов в Kubernetes указываются пространства имен, соответственно, их лейблы также оказываются неявно связаны с этими же пространствами имен. Любые селекторы лейблов для лейблов подов должны содержать пространства имен, в которых Kubernetes должен искать эти лейблы.

Топологический домен X задается с помощью topologyKey — ключа для лейбла узла, который система использует для обозначения домена. Примеры см. в разделе Типичные лейблы, аннотации и taint'ы.

Типы правил совместного/раздельного существования подов

По аналогии c правилами для узлов существует два типа правил для подов:

  • requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
  • preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution

Например, с помощью правила совместного существования requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution можно заставить планировщик размещать поды, относящиеся к разным сервисам, в одной зоне облачного провайдера, поскольку они активно обмениваются данными друг с другом.

Аналогичным образом можно использовать правило раздельного существования preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution для распределения подов по нескольким зонам облачного провайдера.

Для задания правил совместного существования предназначено поле affinity.podAffinity в спецификации пода.

Для задания правил раздельного существования предназначено поле affinity.podAntiAffinity в спецификации пода.

Планирование группы подов, связанных правилами совместного существования

Если планируемый под — первый в серии подов, связанных правилами совместного существования, он может быть запланирован, если удовлетворит всем остальным правилам совместного существования. Чтобы подтвердить, что этот под — действительно первый, проводится проверка, которая должна показать, что пространство имен и селектор этого пода уникальны в кластере (то есть нет других таких подов). Кроме того, под должен соответствовать своим собственным правилам, а выбранный узел — всем запрошенным топологиям. Это предотвращает тупиковую ситуацию, когда поды не могут запланироваться из-за того, что все они связаны правилами совместного существования.

Пример правил совместного/раздельного существования для пода

Рассмотрим следующую спецификацию пода:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-pod-affinity
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: security
            operator: In
            values:
            - S1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: security
              operator: In
              values:
              - S2
          topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
  containers:
  - name: with-pod-affinity
    image: registry.k8s.io/pause:2.0

В примере задается одно правило совместного существования подов, и одно — раздельного. Для совместного правила используется жесткий тип requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution, для раздельного — мягкий preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution.

Правило совместного существования гласит, что планировщик может разместить под на узел, только если тот находится в зоне с одним или более подами с лейблом security=S1. Например, если есть кластер с выделенной зоной, назовем ее "V", состоящей из узлов с лейблом topology.kubernetes.io/zone=V, планировщик может назначить под на любой узел зоны V только если в этой зоне уже есть хотя бы один под с лейблом security=S1. И наоборот, если в зоне V нет подов с лейблом security=S1, планировщик не сможет назначить под на какой-либо из узлов в этой зоне.

Правило раздельного существования гласит, что планировщик при возможности не должен размещать под на узел, если тот находится в зоне с одним или более подами с лейблом security=S2. Например, если есть кластер с выделенной зоной, назовем ее "R", состоящей из узлов с лейблами topology.kubernetes.io/zone=R. Планировщик должен избегать назначать поды на узлы из зоны R, если в ней уже есть по крайней мере один под с лейблом security=S2. Соответственно, если в зоне R нет подов с лейблами security=S2, правило раздельного существования не будет влиять на планирование подов в эту зону.

Больше примеров правил совместного/раздельного существования для подов можно найти в рабочей документации.

Поле operator пода поддерживает значения In, NotIn, Exists и DoesNotExist при задании правил совместного/раздельного существования.

Узнать больше о том, как они работают, можно в подразделе Операторы.

В принципе, topologyKey может быть любым разрешенным лейблом-ключом со следующими исключениями по соображениям производительности и безопасности:

  • При задании правил совместного/раздельного существования для подов пустое поле topologyKey не допускается как для requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution, так и для preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution.
  • Для правил раздельного существования типа requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution admission-контроллер разрешает использовать только kubernetes.io/hostname в качестве topologyKey. Для работы с кастомными топологиями admission-контроллер можно дополнить или совсем отключить его.

В дополнение к labelSelector и topologyKey можно опционально указать список пространств имен, которые должен выбирать labelSelector, с помощью поля namespaces на том же уровне, что labelSelector и topologyKey. Если поле namespaces опущено или пусто, по умолчанию выбирается пространство имен пода, в котором задаются правила совместного/раздельного существования.

Селектор пространств имен

СТАТУС ФИЧИ: Kubernetes v1.24 [stable]

Подходящие пространства имен также можно выбрать с помощью namespaceSelector, который попытается найти лейбл в наборе пространств имен. Условия совместного существования применяются к пространствам имен, выбранным как селектором namespaceSelector, так и полем namespaces. Обратите внимание, что пустой селектор namespaceSelector ({}) выбирает все пространства имен, в то время как пустой или null-список namespaces и null-селектор namespaceSelector выбирает пространство имен пода, в котором правило задано.

matchLabelKeys

СТАТУС ФИЧИ: Kubernetes v1.29 [alpha]

Kubernetes включает необязательное поле matchLabelKeys для правил совместного (раздельного) существования подов. В нем указываются ключи для лейблов, которые должны совпадать с лейблами входящего пода, чтобы правила совместного (раздельного) существования выполнялись.

Ключи используются для поиска значений в лейблах подов; эти ключи-лейблы объединяются (с помощью AND) с ограничениями, задаваемыми с помощью поля labelSelector. Такая комбинированная фильтрация позволяет отобрать набор существующих подов, которые приниматься в расчет при обработке правил совместного (раздельного) существования.

Обычно matchLabelKeys используется вместе с pod-template-hash (задается для подов, которые управляются как часть деплоймента, где значение уникально для каждой ревизии). Использование pod-template-hash в matchLabelKeys позволяет нацеливаться на поды, принадлежащие к той же ревизии, что и входящий под. Таким образом, что скользящее обновление не нарушит правила совместного существования.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: application-server
...
spec:
  template:
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - database
            topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
            # При расчете affinity подов учитываются только поды из определенного выката.
            # При обновлении Deployment'а новые поды будут следовать своим собственным правилам совместного существования
            # (если они заданы в новом шаблоне подов)
            matchLabelKeys: 
            - pod-template-hash

mismatchLabelKeys

СТАТУС ФИЧИ: Kubernetes v1.29 [alpha]

Kubernetes включает необязательное поле mismatchLabelKeys для определения правил совместного (раздельного) существования подов. В поле указываются ключи для лейблов, которые не должны совпадать с лейблами входящего пода, чтобы правила совместного (раздельного) существования подов удовлетворялись.

Один из примеров использования — размещение подов определенной группы пользователей (tenant'ов) или команды в конкретном топологическом домене (узле, зоне и т. д.). То есть идея в том, чтобы избежать одновременного запуска подов от разных групп пользователей в одном топологическом домене.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    # Assume that all relevant Pods have a "tenant" label set
    tenant: tenant-a
...
spec:
  affinity:
    podAffinity:      
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      # следим за тем, чтобы поды, связанные с этим тенантом, попадали на нужный пул узлов
      - matchLabelKeys:
          - tenant
        topologyKey: node-pool
    podAntiAffinity:  
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      # следим за тем, чтобы поды, связанные с этим тенантом, не смогли планироваться на узлы для другого тенанта
      - mismatchLabelKeys:
        - tenant # значение лейбла "tenant" этого пода будет предотвращать
                 # планирование на узлы в пулах, на которых работают поды
                 # другого тенанта
        labelSelector:
          # Должен быть labelSelector, который выбирает поды с лейблом tenant,
          # иначе этот под также будет "ненавидеть" поды из daemonset'ов, например, 
          # те, у которых нет лейбла tenant.
          matchExpressions:
          - key: tenant
            operator: Exists
        topologyKey: node-pool

Другие примеры использования

Правила совместного/раздельного существования для подов особенно удобны, когда используются совместно с абстракциями более высокого уровня, такими как ReplicaSet, StatefulSet, Deployment и т. д. Эти правила позволяют настроить размещение рабочих нагрузок с учетом имеющейся топологии; например, пара связанных подов будет планироваться на один и тот же узел.

Представьте кластер, состоящий из трех узлов. Он используется для запуска веб-приложения и как in-memory-кэш (например, Redis). Предположим, что задержка между веб-приложением и кэшем должна быть минимальной. Правила совместного/раздельного существования для подов позволяют настроить планировщик так, чтобы тот размещал веб-серверы как можно ближе к кэшу.

В приведенном ниже примере конфигурации деплоймента с Redis его реплики получают лейбл app=store. Правило podAntiAffinity запрещает планировщику размещать несколько реплик с лейблом app=store на одном узле. В результате каждый узел получает по отдельной кэш-реплике.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-cache
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: store
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: store
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - store
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      containers:
      - name: redis-server
        image: redis:3.2-alpine

Конфигурация деплоймента, приведенная ниже, создает три реплики веб-сервера с лейблом app=web-store. Правило совместного существования предписывает планировщику размещать каждую реплику на узле, на котором уже имеется под с лейблом app=store. В то же время правило раздельного существования запрещает планировщику размещать несколько серверов с лейблом app=web-store на одном узле.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-server
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: web-store
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-store
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - web-store
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - store
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      containers:
      - name: web-app
        image: nginx:1.16-alpine

Развертывание ресурсов в соответствии с приведенными выше конфигурациями приведет к созданию кластера, в котором на каждом узле будет по одному веб-серверу и одной реплике Redis (всего три отдельных узла):

узел 1 узел 2 узел 3
webserver-1 webserver-2 webserver-3
cache-1 cache-2 cache-3

В итоге к каждому инстансу Redis'а, скорее всего, будет обращаться клиент, который работает с ним на том же узле. Подобный подход позволит минимизировать как перекос (дисбаланс нагрузки), так и задержки.

Правила совместного/раздельного существования для подов можно использовать и в других случаях.

См., например, руководство по ZooKeeper. В нем с помощью правил раздельного существования StatefulSet настраивается так, чтобы обеспечить высокую доступность (используется подход, аналогичный тому, что применен выше).

nodeName

Поле nodeName в спецификации пода — более непосредственный способ выбора узлов по сравнению с правилами совместного существования или селектором nodeSelector. Если поле nodeName не пустое, планировщик игнорирует под, а kubelet на узле с соответствующим именем пытается разместить под на этом узле. Приоритет поля nodeName выше, чем селектора nodeSelector или правил совместного/раздельного существования.

Однако у nodeName имеются и некоторые недостатки:

  • Если узел с заданным именем не существует, под не будет запущен. Кроме того, в некоторых случаях он может быть автоматически удален.
  • Если на узле с заданным именем недостаточно ресурсов для работы пода, последний будет остановлен; соответствующая причина (например, OutOfmemory или OutOfcpu) будет указана.
  • В облачных окружениях имена узлов не всегда предсказуемы или стабильны.

Ниже приведен пример спецификации пода с полем nodeName:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
  nodeName: kube-01

Такой под будет работать только на узле с именем kube-01.

Ограничения на топологию распределения подов

С помощью ограничений на топологию распределения (topology spread constraints) можно настроить размещение подов в кластере по failure-доменам, таким как регионы, зоны, узлы, или любым другим заданным топологическим конфигурациям. Это позволяет повысить производительность, ожидаемую доступность или эффективность использования ресурсов.

Дополнительные сведения о принципах их работы читайте в разделе Ограничения на топологию распределения подов.

Операторы

Ниже приведены все логические операторы, которые можно использовать в поле operator для nodeAffinity и podAffinity.

Оператор Действие
In Значение лейбла присутствует в предоставленном наборе строк
NotIn Значение лейбла отсутствует в предоставленном наборе строк
Exists Лейбл с таким ключом существует для объекта
DoesNotExist У объекта не существует лейбла с таким ключом

Следующие операторы могут использоваться только с nodeAffinity.

Оператор Действие
Gt Введенное значение будет обработано как целое число, и это целое число меньше, чем целое число, полученное в результате обработки значения лейбла, указанного этим селектором
Lt Введенное значение будет обработано как целое число, и это целое число больше, чем целое число, полученное в результате обработки значения лейбла, указанного этим селектором

Что дальше