k8s 污点和容忍-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了k8s 污点和容忍。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

污点和容忍

在 Kubernetes 中，节点亲和性 NodeAffinity 是 Pod 上定义的一种属性，能够使 Pod 按我们的要求调度到某个节点上，而 Taints(污点) 则恰恰相反，它是 Node 上的一个属性，可以让 Pod 不能调度到带污点的节点上，甚至会对带污点节点上已有的 Pod 进行驱逐。当然，对应的 Kubernetes 可以给 Pod 设置 Tolerations(容忍) 属性来让 Pod 能够容忍节点上设置的污点，这样在调度时就会忽略节点上设置的污点，将 Pod 调度到该节点。一般时候 Taints 通常与 Tolerations 配合使用。

k8s 污点和容忍

一个 node 可以有多个污点；
一个 pod 可以有多个容忍；
kubernetes 执行多个污点和容忍方法类似于过滤器

如果一个 node 有多个污点，且 pod 上也有多个容忍，只要 pod 中容忍能包含 node 上设置的全部污点，就可以将 pod 调度到该 node 上。如果 pod 上设置的容忍不能够包含 node 上设置的全部污点，且 node 上剩下不能被包含的污点 effect 为 PreferNoSchedule，那么也可能会被调度到该节点。

注意：

当 pod 存在容忍，首先 pod 会选择没有污点的节点，然后再次选择容忍污点的节点。

如果 node 上带有污点 effect 为 NoSchedule，而 pod 上不带响应的容忍，kubernetes 就不会调度 pod 到这台 node 上。
如果 Node 上带有污点 effect 为 PreferNoShedule，这时候 Kubernetes 会努力不要调度这个 Pod 到这个 Node 上。
如果 Node 上带有污点 effect 为 NoExecute，这个已经在 Node 上运行的 Pod 会从 Node 上驱逐掉。没有运行在 Node 的 Pod 不能被调度到这个 Node 上。一般使用与当某个节点处于 NotReady 状态下，pod 迅速在其他正常节点启动。

污点（Taints）

查看污点：

$ kubectl get nodes k8s-master -o go-template={{.spec.taints}}
[map[effect:NoSchedule key:node-role.kubernetes.io/master]]


污点内容一般组成为 key、value 及一个 effect 三个元素，表现为：

```go
<key>=<value>:<effect>

这里的 value 可以为空，表现形式为：

node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
- key: node-role.kubernetes.io/master
- value: 空
- effect: NoSchedule

设置污点

一般我们需要想要设置某个节点只允许特定的 Pod 进行调度，这时候就得对节点设置污点，可以按 kubectl taint node nodename key=value:effect 格式进行设置，其中 effect 可取值如下：

PreferNoSchedule： 尽量不要调度。
NoSchedule： 一定不能被调度。
NoExecute： 不仅不会调度, 还会驱逐 Node 上已有的 Pod。

一般时候我们设置污点，就像下面例子一样对其进行设置：

# 设置污点并不允许 Pod 调度到该节点
$ kubectl taint node k8s-master key1=value1:NoSchedule
# 设置污点尽量阻止污点调度到该节点
$ kubectl taint node k8s-master key2=value2:PreferNoSchedule
# 设置污点，不允许普通 Pod 调度到该节点，且将该节点上已经存在的 Pod 进行驱逐
$ kubectl taint node k8s-master key3=value3:NoExecute

删除污点

上面说明了如何对 Node 添加污点阻止 Pod 进行调度，下面再说一下如何删除节点上的污点，可以使用下面命令：

kubectl taint node [node] [key]-

上面语法和创建污点类似，不过需要注意的是删除污点需要知道 key 和最后面设置一个 “-” 两项将污点删除，示例如下：

为了方便演示，先给节点设置污点：

# 设置污点1
$ kubectl taint node k8s-master key1=value1:PreferNoSchedule
node/k8s-master tainted
# 设置污点2
$ kubectl taint node k8s-master key2=value2:NoSchedule
node/k8s-master tainted
# 设置污点3，并且不设置 value
$ kubectl taint node k8s-master key2=:PreferNoSchedule
node/k8s-master tainted

查看污点，可以看到上面设置的三个值：

$ kubectl describe nodes k8s-master
...
Taints:             key2=value2:NoSchedule
                    node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
                    key1=value1:PreferNoSchedule
                    key2:PreferNoSchedule
...

然后删除污点

删除污点，可以不指定 value，指定 [effect] 值就可删除该 key[effect] 的污点
$ kubectl taint node k8s-master key1:PreferNoSchedule-

也可以根据 key 直接将该 key2 的所有 [effect] 都删除：
$ kubectl taint node k8s-master key2-

再次查看污点，可以看到以上污点都被删除：

$ kubectl describe nodes k8s-master
...
Taints:             node-role.kubernetes.io/master:NoSchedule
...

容忍 (toleratints)

Pod 设置容忍

为了使某些 Pod 禁止调度到某些特定节点上，就可以对节点设置污点 taints。当然，如果希望有些 Pod 能够忽略节点的污点，继续能够调度到该节点，就可以对 Pod 设置容忍，让 Pod 能够容忍节点上设置的污点，例如：

对一个节点设置污点：

kubectl taint node k8s-node01 key=value:NoSchedule

对于 Pod 设置容忍，以下两种方式都可以：

# 容忍的 key、value 和对应 effect 也必须和污点 taints 保持一致
......
tolerations:
- key: "key"
  operator: "Equal"
  value: "value"
  effect: "NoSchedule"
# 容忍 tolerations 的 key 和要污点 taints 的 key 一致，且设置的 effect 也相同，不需要设置 value
......
tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"
  effect: "NoSchedule"

如果不指定 operator，则 operator 默认为 equal。

此外，有如下两个特例：

空的 key 配合 Exist 操作符可以匹配所有的键值对
空的 effect 匹配所有的 effect

那么，问题来了：
如果我的集群中有三个 node，我有两组 pod 要部署，每组 pod 要部署到同一个节点上，且两组 pod 不能部署到同一节点上，怎么操作最简单？

（好吧，nodeSelector 最简单…）

apiVersion: apps/vl
kind: Deployment
metadata:
  name: example
spec:
  replicas: 5
  template:
    spec:
      ......
      tolerations:
      - key: "key"
        operator: "Equal"
        value: "value"
        effect: "NoSchedule"

设置容忍时间

正常情况下，如果一个污点带有 effect=NoExecute 被添加到了这个 Node。那么不能容忍这个污点的所有 Pod 就会立即被踢掉。而带有容忍标签的 Pod 就不会踢掉。然而，一个带有 effect=Noexecute 的容忍可以指定一个 tolerationSeconds 来指定当这个污点被添加的时候在多长时间内不被踢掉（其实讲驱逐有点，不太对。我明显感觉这个容忍时间就是 pod 用来跑路的嘛）。例如：

tolerations:
- key: "key"
  operator: "Equal"
  value: "value"
  effect: "Noexecute"
  tolerationSeconds: 3600

如果这个 Pod 已经在这个带污点且 effect 为 NoExecute 的 node 上。这个 pod 可以一直运行到 3600s 后再被踢掉。如果这时候 Node 的污点被移除了，这个 Pod 就不会被踢掉。

容忍示例

Operator 默认是 Equal，可设置为 Equal 与 Exists 两种，按这两种进行示例：

Operator 是 Exists

容忍任何污点

例如一个空的 key，将匹配所有的 key、value、effect。即容忍任何污点。

tolerations:
- operator: "Exists"

容忍某 key 值的污点

例如一个空的 effect，并且 key 不为空，那么将匹配所有与 key 相同的 effect：

tolerations:
- key: "key"
  operator: "Exists"

Operator 是 Equal

node 上有一个污点

Node 和 Pod 的 key 为 key1、value1 与 effect 相同则能调度：

#污点
key1=value1:NoSchedule

#Pod设置
tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"

node 上有多个污点

Node 的污点的 key、value、effect 和 Pod 容忍都相同则能调度：

## 设置污点
key1=value1:NoSchedule
key2=value2:NoExecute

## Pod设置容忍
tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
- key: "key2"
  operator: "Equal"
  value: "value2"
  effect: "NoExecute"

Node 的污点和 Pod 的大部分都相同，不同的是 Node 污点 effect 为 PreferNoSchedule 的，可能会调度：

## 污点
key1=value1:NoSchedule
key2=value2:NoExecute
key3=value3:PreferNoSchedule

## Pod设置容忍
tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
- key: "key2"
  operator: "Equal"
  value: "value2"
  effect: "NoExecute"

Node 的污点和 Pod 的大部分都相同，不同的是 Node 污点 effect 为 NoSchedule 和 NoExecute 的，不会被调度：

## 污点
key1=value1:NoSchedule
key2=value2:NoExecute
key3=value3:PreferNoSchedule

## Pod设置容忍
tolerations:
- key: "key1"
  operator: "Equal"
  value: "value1"
  effect: "NoSchedule"
- key: "key3"
  operator: "Equal"
  value: "value3"
  effect: "PreferNoSchedule"

对比理解 Exists 和 Equal 之间的区别：

Exists 是包含，Equal 是等于，Exists 使用范围更广，而 Equal 则是精准匹配。
当污点中存在 NoExecute 时，而容忍中不存在 NoExecute 时，不会被调度到该节点。
Exists 可以不写 value ，而 Equal 则一定要指定对应的 value

节点自污染，pod 应对节点故障

此外，当某些条件为 true 时，节点控制器会自动污染节点。内置以下污点：

key	注释
node.kubernetes.io/not-ready	节点尚未准备好。这对应于 NodeCondition Ready 为 false。
node.kubernetes.io/unreachable	无法从节点控制器访问节点。这对应于 NodeCondition Ready 为 Unknown。
node.kubernetes.io/out-of-disk	节点磁盘不足。
node.kubernetes.io/memory-pressure	节点有内存压力。
node.kubernetes.io/disk-pressure	节点有磁盘压力。
node.kubernetes.io/network-unavailable	节点的网络不可用。
node.kubernetes.io/unschedulable	节点不可调度。
node.cloudprovider.kubernetes.io/uninitialized	当 kubelet 从 “外部” 云提供程序开始时，此污点在节点上设置为将其标记为不可用。来自 cloud-controller-manager 的控制器初始化此节点后，kubelet 删除此污点。

通过上面知识的铺垫，当一个节点宕机时，kubernetes 集群会给它打上什么样的污点呢？

一个 Ready 状态的节点

$ kubectl get node k8s-node02 -o go-template={{.spec.taints}}
<no value>

一个 NotReady 状态的节点

$ kubectl get node k8s-node02 -o go-template={{.spec.taints}}
[map[effect:NoSchedule key:node.kubernetes.io/unreachable timeAdded:2022-07-0423T13:49:58Z] 
map[effect:NoExecute key:node.kubernetes.io/unreachable timeAdded:2021-07-04T13:50:03Z]]

处于 NotReady 状态的节点被打上了下面两个污点：

Taints:             node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute
                    node.kubernetes.io/unreachable:NoSchedule

接下来测试 kubernetes 集群会给 Pod 分配什么样的容忍。
注：这两个是 kubernetes 自动给 pod 添加的容忍。

$ kubectl get po nginx-745b4df97d-mgdmp -o yaml
...
  tolerations:
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/not-ready
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300  ## 300/60=5min
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/unreachable
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 300 ## 300/60=5min
...

看到这里，Pod 的失效机制已经很明白了，当 node 节点处于 NotReady 状态或者 unreachable 状态时，Pod 会容忍它 5 分钟，然后被驱逐。而这 5 分钟内就算 Pod 处于 running 状态，也是无法正常提供服务的。因此，可以在 yaml 清单中手动指明 0 容忍，清单文件如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      tolerations:
      - effect: NoExecute
        key: node.kubernetes.io/not-ready
        operator: Exists
        tolerationSeconds: 0
      - effect: NoExecute
        key: node.kubernetes.io/unreachable
        operator: Exists
        tolerationSeconds: 0
      containers:
      - image: nginx:alpine
        name: nginx

生成 Pod

$ kubectl get po -o wide
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-84f6f75c6-c76fm   1/1     Running   0          6s    10.244.3.16   k8s-node02   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-hsxq5   1/1     Running   0          6s    10.244.3.15   k8s-node02   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-wkt52   1/1     Running   0          6s    10.244.1.63   k8s-node01   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-xmkjs   1/1     Running   0          6s    10.244.3.17   k8s-node02   <none>           <none>

接下来强制关闭 k8s-node02 节点，查看 Pod 是否转移。

$ kubectl get po -o wide
NAME                    READY   STATUS        RESTARTS   AGE    IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-84f6f75c6-c76fm   1/1     Terminating   0          116s   10.244.3.16   k8s-node02   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-csqf4   1/1     Running       0          13s    10.244.1.66   k8s-node01   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-hsxq5   1/1     Terminating   0          116s   10.244.3.15   k8s-node02   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-r2v4p   1/1     Running       0          13s    10.244.1.64   k8s-node01   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-v4knq   1/1     Running       0          13s    10.244.1.65   k8s-node01   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-wkt52   1/1     Running       0          116s   10.244.1.63   k8s-node01   <none>           <none>
nginx-84f6f75c6-xmkjs   1/1     Terminating   0          116s   10.244.3.17   k8s-node02   <none>           <none>

在 node 节点转为 NotReady 状态后，Pod 立刻进行了转移。这是通过在 yaml 清单文件中明确指定容忍时间。还可以直接修改 apiserver 配置来修改默认容忍时间。

vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
...
spec:
  containers:
  - command:
    - kube-apiserver
    - --advertise-address=192.168.1.11
    - --default-not-ready-toleration-seconds=1    ## 新增行
    - --default-unreachable-toleration-seconds=1  ## 新增行
...

修改保存后， kube-apiserver-k8s-masterpod 会自动重载最新配置。

$ kubectl get po nginx-84f6f75c6-wkt52 -o yaml
...
  tolerations:
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/not-ready
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 0
  - effect: NoExecute
    key: node.kubernetes.io/unreachable
    operator: Exists
    tolerationSeconds: 0
...