K8S（七）—污点、容忍

污点、容忍

官网地址：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/scheduling-eviction/taint-and-toleration/

Kubernetes（通常简称为K8s）是一个用于容器编排和管理的开源平台。在Kubernetes中，污点（Taints）和容忍（Tolerations）是用于控制Pod调度的重要概念，它们允许您指定哪些节点可以接受哪些Pod。以下是有关污点和容忍的详细解释：

污点（Taints）：

什么是污点：
污点是一种节点级别的属性，它告诉Kubernetes哪些节点不适合运行特定类型的Pod。节点上的污点可以阻止Pod被调度到不适合的节点上。
如何定义污点：
污点由节点的管理员定义，它们是键值对的形式，包括：
- key：污点的名称，通常是一个字符串。
- value：污点的值，通常为空字符串。
- effect：污点的效果，可以是NoSchedule、PreferNoSchedule或NoExecute。
  - NoSchedule：Pod将不会被调度到带有该污点的节点上。
  - PreferNoSchedule：Kubernetes会尽量避免将Pod调度到带有该污点的节点上，但如果没有其他可用节点，仍然可以调度。
  - NoExecute：对于已经运行在该节点上的Pod，如果它们不符合污点的要求，将被驱逐。
设置污点
```
[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl describe node k8snode1|grep -i NoExecute
Taints:             cf=tencent:NoExecute
```

取消污点

[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl taint node k8snode1 cf=tencent:NoExecute-

node/k8snode1 untainted

[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl describe node k8snode1|grep -i NoExecute
[root@k8smaster taint_toleration]#

容忍（Tolerations）：

什么是容忍：
容忍是Pod级别的属性，它告诉Kubernetes该Pod可以容忍哪些节点上的污点。容忍允许Pod被调度到具有特定污点的节点上。
如何定义容忍：
容忍是在Pod的规范（Spec）中定义的，包括：
- key：与污点的key匹配。
- value：与污点的value匹配。
- operator：匹配操作符，可以是Equal（等于）、Exists（存在）等。
- effect：与污点的effect匹配。
示例：
假设您有一个Pod，它希望容忍名为gpu的污点，您可以使用以下方式定义容忍：
```
tolerations:
- key: gpu
  operator: Equal
  value: nvidia
  effect: NoSchedule
```

如何一起使用污点和容忍：

通过在节点上定义污点，您可以将一组节点标记为特定类型（例如GPU节点），然后通过在Pod规范中定义容忍，您可以确保只有需要GPU的Pod才会被调度到这些节点上。
污点和容忍的结合可以为您提供更高的灵活性，以满足特定的部署需求。您可以根据需要在节点和Pod级别上定义多个污点和容忍。

总之，污点和容忍是Kubernetes中用于控制Pod调度的强大机制，它们使得您可以更精确地管理Pod在集群中的位置，以满足特定的硬件或软件要求。这对于在多样化的硬件和环境条件下运行容器化应用程序非常有用。

操作符（Equal、Exists）

你可以在 Pod 规约中为 Pod 设置容忍度。下面两个容忍度均与上面例子中使用 kubectl taint 命令创建的污点相匹配，因此如果一个 Pod 拥有其中的任何一个容忍度，都能够被调度到 node1：

tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Exists"
  effect: "NoSchedule"

这里是一个使用了容忍度的 Pod：

pods/pod-with-toleration.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    env: test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    imagePullPolicy: IfNotPresent
  tolerations:
  - key: "example-key"
    operator: "Exists"
    effect: "NoSchedule"

operator 的默认值是 Equal。

一个容忍度和一个污点相“匹配”是指它们有一样的键名和效果，并且：

如果 operator 是 Exists（此时容忍度不能指定 value），或者
如果 operator 是 Equal，则它们的 value 应该相等。

说明：

存在两种特殊情况：

如果一个容忍度的 key 为空且 operator 为 Exists，表示这个容忍度与任意的 key、value 和 effect 都匹配，即这个容忍度能容忍任何污点。

如果 effect 为空，则可以与所有键名 key1 的效果相匹配。

下面的例子表示任何污点都可以接受

tolerations:
  - key:""
    operator: "Exists"
    value:""
    effect:""

上述例子中 effect 使用的值为 NoSchedule，你也可以使用另外一个值 PreferNoSchedule。这是“优化”或“软”版本的 NoSchedule —— 系统会尽量避免将 Pod 调度到存在其不能容忍污点的节点上，但这不是强制的。effect 的值还可以设置为 NoExecute，下文会详细描述这个值。

你可以给一个节点添加多个污点，也可以给一个 Pod 添加多个容忍度设置。 Kubernetes 处理多个污点和容忍度的过程就像一个过滤器：从一个节点的所有污点开始遍历，过滤掉那些 Pod 中存在与之相匹配的容忍度的污点。余下未被过滤的污点的 effect 值决定了 Pod 是否会被分配到该节点。需要注意以下情况：

如果未被忽略的污点中存在至少一个 effect 值为 NoSchedule 的污点，则 Kubernetes 不会将 Pod 调度到该节点。
如果未被忽略的污点中不存在 effect 值为 NoSchedule 的污点，但是存在至少一个 effect 值为 PreferNoSchedule 的污点，则 Kubernetes 会尝试不将 Pod 调度到该节点。
如果未被忽略的污点中存在至少一个 effect 值为 NoExecute 的污点，则 Kubernetes 不会将 Pod 调度到该节点（如果 Pod 还未在节点上运行），并且会将 Pod 从该节点驱逐（如果 Pod 已经在节点上运行）。

例如，假设你给一个节点添加了如下污点：

kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoSchedule
kubectl taint nodes node1 key1=value1:NoExecute
kubectl taint nodes node1 key2=value2:NoSchedule

假定某个 Pod 有两个容忍度：

tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoExecute"

在这种情况下，上述 Pod 不会被调度到上述节点，因为其没有容忍度和第三个污点相匹配。但是如果在给节点添加上述污点之前，该 Pod 已经在上述节点运行，那么它还可以继续运行在该节点上，因为第三个污点是三个污点中唯一不能被这个 Pod 容忍的。

通常情况下，如果给一个节点添加了一个 effect 值为 NoExecute 的污点，则任何不能忍受这个污点的 Pod 都会马上被驱逐，任何可以忍受这个污点的 Pod 都不会被驱逐。但是，如果 Pod 存在一个 effect 值为 NoExecute 的容忍度指定了可选属性 tolerationSeconds 的值，则表示在给节点添加了上述污点之后， Pod 还能继续在节点上运行的时间。例如，

tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 3600

这表示如果这个 Pod 正在运行，同时一个匹配的污点被添加到其所在的节点，那么 Pod 还将继续在节点上运行 3600 秒，然后被驱逐。如果在此之前上述污点被删除了，则 Pod 不会被驱逐。

例子

使用yaml启动pod

[root@k8smaster taint_toleration]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-pod
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
    env: dev
spec:
  nodeName: k8snode1
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    - "sleep 3600"

此时，k8snode1和k8snode2都没有污点，都可以正常被调度，但是在yaml文件在指定了要运行在那个节点上。

[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP               NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
demo-pod                            1/1     Running   0          20s    10.244.249.24    k8snode1   <none>           <none>
nginx-deployment-559d658b74-75fpp   1/1     Running   0          100m   10.244.249.21    k8snode1   <none>           <none>
nginx-deployment-559d658b74-j6rdd   1/1     Running   0          101m   10.244.249.20    k8snode1   <none>           <none>
nginx-deployment-559d658b74-kh8jb   1/1     Running   0          101m   10.244.185.250   k8snode2   <none>           <none>

设置污点

[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl describe node k8smaster|grep -i taint
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule

[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl  taint nodes k8snode1 cf=tencent:NoExecute

node/k8snode1 tainted


[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl describe node k8snode1|grep -i taint 
Taints:             cf=tencent:NoExecute

demo-pod 会停止运行

[root@k8smaster taint_toleration]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: demo-pod
  namespace: default
  labels:
    app: myapp
    env: dev
spec:
  nodeName: k8snode1
  containers:
  - name: busybox
    image: busybox:latest
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    command:
    - "/bin/sh"
    - "-c"
    - "sleep 3600"
  tolerations:
    - key: "cf"
      operator: "Equal"
      value: "tencent"
      effect: "NoExecute"

将ymal文件进行修改，将容忍度也设置为k8snode1可以接受的程度，如下:

  tolerations:
    - key: "cf"
      operator: "Equal"
      value: "tencent"
      effect: "NoExecute"

可以看到demo-pod 重新运行了

[root@k8smaster taint_toleration]# kubectl get pod -o wide
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE       NOMINATED NODE   READINESS GATES
demo-pod                            1/1     Running   0          13h   10.244.249.25   k8snode1   <none>           <none>

基于污点的驱逐

特性状态： Kubernetes v1.18 [stable]

前文提到过污点的效果值 NoExecute 会影响已经在节点上运行的如下 Pod：

如果 Pod 不能忍受这类污点，Pod 会马上被驱逐。
如果 Pod 能够忍受这类污点，但是在容忍度定义中没有指定 tolerationSeconds，则 Pod 还会一直在这个节点上运行。
如果 Pod 能够忍受这类污点，而且指定了 tolerationSeconds，则 Pod 还能在这个节点上继续运行这个指定的时间长度。

当某种条件为真时，节点控制器会自动给节点添加一个污点。当前内置的污点包括：

node.kubernetes.io/not-ready：节点未准备好。这相当于节点状况 Ready 的值为 “False”。
node.kubernetes.io/unreachable：节点控制器访问不到节点. 这相当于节点状况 Ready 的值为 “Unknown”。
node.kubernetes.io/memory-pressure：节点存在内存压力。
node.kubernetes.io/disk-pressure：节点存在磁盘压力。
node.kubernetes.io/pid-pressure: 节点的 PID 压力。
node.kubernetes.io/network-unavailable：节点网络不可用。
node.kubernetes.io/unschedulable: 节点不可调度。
node.cloudprovider.kubernetes.io/uninitialized：如果 kubelet 启动时指定了一个“外部”云平台驱动，它将给当前节点添加一个污点将其标志为不可用。在 cloud-controller-manager 的一个控制器初始化这个节点后，kubelet 将删除这个污点。

在节点被排空时，节点控制器或者 kubelet 会添加带有 NoExecute 效果的相关污点。如果异常状态恢复正常，kubelet 或节点控制器能够移除相关的污点。

在某些情况下，当节点不可达时，API 服务器无法与节点上的 kubelet 进行通信。在与 API 服务器的通信被重新建立之前，删除 Pod 的决定无法传递到 kubelet。同时，被调度进行删除的那些 Pod 可能会继续运行在分区后的节点上。

说明：

控制面会限制向节点添加新污点的速率。这一速率限制可以管理多个节点同时不可达时（例如出现网络中断的情况），可能触发的驱逐的数量。

你可以为 Pod 设置 tolerationSeconds，以指定当节点失效或者不响应时， Pod 维系与该节点间绑定关系的时长。

比如，你可能希望在出现网络分裂事件时，对于一个与节点本地状态有着深度绑定的应用而言，仍然停留在当前节点上运行一段较长的时间，以等待网络恢复以避免被驱逐。你为这种 Pod 所设置的容忍度看起来可能是这样：

tolerations:
- key: "node.kubernetes.io/unreachable"
  operator: "Exists"
  effect: "NoExecute"
  tolerationSeconds: 6000

说明：

Kubernetes 会自动给 Pod 添加针对 node.kubernetes.io/not-ready 和 node.kubernetes.io/unreachable 的容忍度，且配置 tolerationSeconds=300，除非用户自身或者某控制器显式设置此容忍度。

这些自动添加的容忍度意味着 Pod 可以在检测到对应的问题之一时，在 5 分钟内保持绑定在该节点上。

DaemonSet 中的 Pod 被创建时，针对以下污点自动添加的 NoExecute 的容忍度将不会指定 tolerationSeconds：

node.kubernetes.io/unreachable
node.kubernetes.io/not-ready

这保证了出现上述问题时 DaemonSet 中的 Pod 永远不会被驱逐。

基于节点状态添加污点

控制平面使用节点控制器自动创建与节点状况对应的、效果为 NoSchedule 的污点。

调度器在进行调度时检查污点，而不是检查节点状况。这确保节点状况不会直接影响调度。例如，如果 DiskPressure 节点状况处于活跃状态，则控制平面添加 node.kubernetes.io/disk-pressure 污点并且不会调度新的 Pod 到受影响的节点。如果 MemoryPressure 节点状况处于活跃状态，则控制平面添加 node.kubernetes.io/memory-pressure 污点。

对于新创建的 Pod，可以通过添加相应的 Pod 容忍度来忽略节点状况。控制平面还在具有除 BestEffort 之外的 QoS 类的 Pod 上添加 node.kubernetes.io/memory-pressure 容忍度。这是因为 Kubernetes 将 Guaranteed 或 Burstable QoS 类中的 Pod（甚至没有设置内存请求的 Pod）视为能够应对内存压力，而新创建的 BestEffort Pod 不会被调度到受影响的节点上。

DaemonSet 控制器自动为所有守护进程添加如下 NoSchedule 容忍度，以防 DaemonSet 崩溃：