如何隔离 Kubernetes 节点并管理 Pod 调度

简介

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，可让你管理工作节点（称为 “Kubernetes 节点”）的生命周期。本教程将探讨 “节点隔离” 的概念，这是维护和管理 Kubernetes 节点的关键机制。你将学习如何隔离节点，理解节点隔离的好处，并发现配置 Pod 调度策略的策略，以确保在节点被隔离时有效利用资源并保持工作负载不间断。

Skills Graph

理解 Kubernetes 节点隔离

Kubernetes 是一个强大的容器编排平台，用于管理容器化应用程序的部署、扩展和管理。Kubernetes 的关键特性之一是能够管理工作节点（称为 “Kubernetes 节点”）的生命周期。在本节中，我们将探讨 “节点隔离” 的概念，这是维护和管理 Kubernetes 节点的关键机制。

什么是节点隔离？

节点隔离是将 Kubernetes 节点标记为不可调度的过程，这意味着新的 Pod 将不会被放置在该节点上。这通常是为了维护或退役目的而进行的，例如当节点需要升级、修复或从集群中移除时。

当一个节点被隔离时，该节点上的任何现有 Pod 将继续运行，但新的 Pod 将不会被调度到该节点上。这使你能够在不中断正在运行的工作负载的情况下，对节点执行维护或退役任务。

为什么要使用节点隔离？

在 Kubernetes 集群中使用节点隔离可能有以下几个原因：

1. 节点维护：当节点需要维护时，例如软件更新或硬件升级，你可以隔离该节点，以防止新的 Pod 被调度到其上，从而使你能够在不中断正在运行的工作负载的情况下执行必要的任务。

2. 节点退役：当需要从 Kubernetes 集群中移除节点时，你可以隔离该节点，以优雅地排空任何正在运行的 Pod，然后安全地退役该节点。

3. 资源优化：通过隔离节点，你可以控制 Pod 在 Kubernetes 集群中的分布，确保资源得到有效利用，并优先处理关键工作负载。

隔离节点

要在 Kubernetes 中隔离节点，可以使用 kubectl cordon 命令。例如，要隔离名为 “node1” 的节点，你可以运行以下命令：

kubectl cordon node1

这将把 “node1” 节点标记为不可调度，防止新的 Pod 被放置在其上。

你可以通过运行 kubectl get nodes 命令来验证节点的状态：

kubectl get nodes

输出将显示 “node1” 节点，并带有 “SchedulingDisabled” 条件。

取消隔离节点

一旦完成必要的维护或退役任务，你可以使用 kubectl uncordon 命令使节点再次可调度。例如，要取消对 “node1” 节点的隔离，你可以运行以下命令：

kubectl uncordon node1

这将允许新的 Pod 被调度到 “node1” 节点上。

通过理解节点隔离的概念以及如何使用它，你可以有效地管理 Kubernetes 节点的生命周期，并确保容器化应用程序的顺利运行。

隔离节点与管理 Pod

当一个 Kubernetes 节点被隔离时，它就变得不可调度，这意味着新的 Pod 将不会被放置在该节点上。然而，被隔离节点上的现有 Pod 将继续运行。在本节中，我们将探讨如何管理被隔离节点上的 Pod 以及节点隔离的影响。

处理被隔离节点上的 Pod

当一个节点被隔离时，该节点上的现有 Pod 将继续运行。但是，如果这些 Pod 需要重新调度或扩展，它们将不会被放回被隔离的节点上。相反，Kubernetes 将尝试在集群中的其他可用节点上调度这些 Pod。

如果一个 Pod 需要从被隔离的节点上驱逐，Kubernetes 将优雅地终止该 Pod 并将其重新调度到另一个可用节点上。这个过程被称为 “Pod 驱逐”。Pod 驱逐过程确保了 Pod 的状态得以保留，并且应用程序可以继续运行而不会中断。

要查看在被隔离节点上运行的 Pod，你可以使用以下命令：

kubectl get pods --field-selector spec.nodeName=<被隔离节点名称>

此命令将列出当前在指定的被隔离节点上运行的所有 Pod。

在被隔离节点上调度 Pod

默认情况下，Kubernetes 不会在被隔离的节点上调度新的 Pod。然而，在某些情况下，你可能希望覆盖此行为并在被隔离的节点上调度特定的 Pod。当你需要在节点上执行维护但仍希望在该节点上运行某些关键工作负载时，这可能会很有用。

要在被隔离的节点上调度一个 Pod，你可以在 Pod 的规范中设置 tolerations 字段。容忍度允许 Pod 被调度到具有匹配污点的节点上。在被隔离节点的情况下，该节点具有 “node.kubernetes.io/unschedulable” 污点，Pod 可以容忍该污点。

以下是一个容忍 “node.kubernetes.io/unschedulable” 污点的 Pod 规范示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-critical-pod
spec:
  tolerations:
    - key: "node.kubernetes.io/unschedulable"
      operator: "Exists"
  containers:
    - name: my-container
      image: my-critical-app:v1

通过将 tolerations 字段添加到 Pod 规范中，你可以确保即使节点被标记为不可调度，Pod 仍将被调度到该被隔离的节点上。

了解如何管理被隔离节点上的 Pod 对于在节点维护或退役期间维护和优化你的 Kubernetes 集群至关重要。

为隔离节点配置 Pod 调度策略

当一个 Kubernetes 节点被隔离时，它就变得不可调度，这意味着新的 Pod 将不会被放置在该节点上。然而，你可以配置 Pod 调度策略来控制 Pod 在隔离节点上的调度方式。在本节中，我们将探讨如何使用节点污点和 Pod 容忍度来管理隔离节点上的 Pod 调度。

节点污点和 Pod 容忍度

Kubernetes 使用 “节点污点” 和 “Pod 容忍度” 的概念来控制 Pod 在节点上的调度。节点污点是一个键值对，它将一个节点标记为对某些 Pod 不可用。当一个节点被隔离时，它会自动接收 “node.kubernetes.io/unschedulable” 污点。

Pod 可以被配置为 “容忍” 特定的污点，这允许它们被调度到具有这些污点的节点上。通过配置 Pod 容忍度，你可以控制哪些 Pod 被允许调度到隔离节点上。

以下是一个容忍 “node.kubernetes.io/unschedulable” 污点的 Pod 规范示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-critical-pod
spec:
  tolerations:
    - key: "node.kubernetes.io/unschedulable"
      operator: "Exists"
  containers:
    - name: my-container
      image: my-critical-app:v1

在这个例子中，Pod 规范中的 tolerations 字段包括了 “node.kubernetes.io/unschedulable” 污点。这允许该 Pod 被调度到一个隔离节点上。

配置默认容忍度

除了在 Pod 级别配置容忍度之外，你还可以在集群级别设置默认容忍度。当你有大量的 Pod 需要调度到隔离节点上时，这可能会很有用。

要设置默认容忍度，你可以使用 PodTolerationRestriction 准入控制器。这个控制器允许你配置一组默认容忍度，这些容忍度将应用于集群中的所有 Pod。

以下是使用 PodTolerationRestriction 准入控制器配置默认容忍度的示例：

apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
kind: AdmissionConfiguration
plugins:
  - name: PodTolerationRestriction
    configuration:
      apiVersion: podtolerationrestriction.admission.config.k8s.io/v1
      kind: Configuration
      defaultAdmissionRule:
        matchExpressions:
          - key: node.kubernetes.io/unschedulable
            operator: Exists
            effect: NoSchedule
      pluginConfig:
        - apiVersion: podtolerationrestriction.admission.config.k8s.io/v1
          kind: PodTolerationConfig
          tolerations:
            - key: node.kubernetes.io/unschedulable
              operator: Exists
              effect: NoSchedule

在这个例子中，PodTolerationRestriction 准入控制器被配置为为 “node.kubernetes.io/unschedulable” 污点设置默认容忍度。这意味着集群中的所有 Pod 默认情况下都能够被调度到隔离节点上。

通过理解和配置隔离节点的 Pod 调度策略，你可以确保关键工作负载在隔离节点上继续运行，同时也允许在集群上执行维护和退役任务。

总结

在本教程中，你已经了解了 Kubernetes 中节点隔离的重要性，以及在节点被隔离时如何有效地管理 Pod 调度。通过理解隔离节点的过程并配置适当的 Pod 调度策略，你可以确保在维护或退役任务期间，你的 Kubernetes 集群能够继续平稳运行，优化资源利用，并保持容器化应用程序的可靠性。