k8s教程（pod篇）-污点与容忍

01 引言

声明：本文为《Kubernetes权威指南：从Docker到Kubernetes实践全接触（第5版）》的读书笔记

在前面的博客《k8s教程（15）-pod之亲和性与互斥性调度》讲解的NodeAffinity节点亲和性，是在Pod上定义的一种属性，使得Pod 能够被调度到某些Node上运行（优先选择或强制要求）。

Taint（污点） 则正好相反，它让Node拒绝Pod的运行。简单地说，被标记为Taint的节点就是存在问题的节点，比 如磁盘要满、资源不足、存在安全隐患要进行升级维护，希望新的Pod不会被调度过来。

但被标记为Taint的节点并非故障节点，仍是有效的工作节点，所以仍需将某些Pod调度到这些节点上时，可以通过使用Toleration属性来实现。

02 案例

2.1 污点与容忍设置

在默认情况下，在Node上设置一个或多个Taint之后，除非Pod明确声明能够容忍这些污点，否则无法在这些Node上运行。

2.1.1 Node设置污点

可以用kubectl taint命令为Node设置Taint信息：

kubectl taint nodes node1 key=value:NoSchedule

描述：这个设置为node1加上了一个Taint，该Taint的键为key，值为value，Taint的效果是NoSchedule，这意味着除非Pod明确声明可以容忍这个Taint，否则不会被调度到node1上。

2.1.2 Pod声明容忍

在Pod上声明容忍的例子如下，下面的两个Toleration都被设置为可以容忍（Tolerate）具有该Taint的Node，使得Pod能够被调度到node1上：

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

或者

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

2.1.3 小结

Pod的Toleration声明中的key和effect需要与Taint的设置保持一致，并且满足以下条件之一：

系统允许在同一个Node上设置多个Taint，也可以在Pod上设置多个Toleration。

Kubernetes调度器处理多个Taint和Toleration的逻辑顺序为：首先列出节点中所有的Taint，然后忽略Pod的Toleration能够匹配的部分，剩下的没被忽略的Taint就是对Pod的效果了。

2.2 特殊情况

下面是几种特殊情况：

• 如果在剩余的Taint中存在effect=NoSchedule，则调度器不会把该Pod调度到这一节点上；
• 如果在剩余的Taint中没有NoSchedule效果，但是有PreferNoSchedule效果，则调度器会尝试不把这个Pod指派给这个节点；
• 如果在剩余的Taint中有NoExecute效果，并且这个Pod已经在该节点上运行，则会被驱逐；
• 如果没有在该节点上运行，则也不会再被调度到该节点上。

例如，我们这样对一个节点进行Taint设置：

kubectl taint nodes node1 keyl=valuel:NoSchedule 
kubectl taint nodes node1 keyl=valuel:NoExecute 
kubectl taint nodes node1 key2=value2:NoSchedule

然后在Pod上设置两个Toleration:

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

结果：

• 这样的结果是该Pod无法被调度到node1上，这是因为第3个Taint没有匹配的Toleration。
• 但是如果该Pod已经在node1上运行了，那么在运行时设置第3个Taint，它还能继续在node1上运行，这是因为Pod可以容忍前两个Taint。

一般来说，如果给Node加上effect=NoExecute的Taint，那么在该Node上正在运行的所有无对应Toleration的Pod都会被立刻驱逐，而具有相应Toleration的Pod永远不会被驱逐。不过，系统允许给具有NoExecute效果的Toleration加入一 个可选tolerationSeconds“字段，这个设置表明Pod可以在Taint添加到Node之后还能在这个Node上运行多久（单位为s)：

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

上述定义的意思是，如果Pod正在运行，所在节点都被加入一个匹配的Taint，则这个Pod会持续在这个节点上存活3600s后被逐出。如果在这个宽限期内Taint被移除，则不会触发驱逐事件。

03 应用场景

Taint和Toleration是一种处理节点并且让Pod进行规避或者驱逐Pod的弹性处理方式，下面列举一些常见的用例。

3.1 独占节点

如果想要拿出一部分节点专门给一些特定应用使用，则可以为节点添加这样Taint：

kubectl taint nodes nodename dedicated=groupName:NoSchedule

然后给这些应用的Pod加入对应的Toleration，这样，带有合适Toleration的Pod就会被允许同使用其他节点一样使用有Taint的节点。

通过自定义Admission Controller也可以实现这一目标。如果希望让这些应用独占一批节点，并且确保它们只能使用这些节点，则还可以给这些Taint节点加入类似的标签dedicated=groupName，然后Admission Controller需要加入节点亲和 性设置，要求Pod只会被调度到具有这一标签的节点上。

3.2 具有特殊硬件设备的节点

在集群里可能有一小部分节点安装了特殊的硬件设备（如GPU芯片)，用户自然会希望把不需要占用这类硬件的Pod排除在外，以确保对这类硬件有需求的Pod能够被顺利调度到这些节点上。

可以用下面的命令为节点设置Taint：

kubectl taint nodes nodename special=true:NoSchedule 
kubectl taint nodes nodename special=true:PreferNoSchedule

然后在Pod中利用对应的Toleration来保障特定的Pod能够使用特定的硬件。

和上面独占节点的示例类似，使用Admission Controller来完成这一任务会更方便，例如：

• Admission Controller使用Pod的一些特征来判断这些Pod，如果可以使用这些件，就添加Toleration来完成这一工作；
• 要保障需要使用特殊硬件的Pod只被调度到安装这些硬件的节点上，则还需要一些额外的工作，比如将这些特殊资源使用opaque-int-resource的方式对自定义资源进行量化，然后在PodSpec中进行请求；
• 也可以使用标签的方式来标注这些安装有特别硬件的节点，然后在Pod 中定义节点亲和性来实现这个目标。

3.3 定义Pod驱逐行为，以应对节点故障

前面提到的NoExecute这个Taint效果对节点上正在运行的Pod有以下影响：

• 没有设置Toleration的Pod会被立刻驱逐；
• 配置了对应Toleration的Pod，如果没有为tolerationSeconds赋值，则会一直留在这一节点中；
• 配置了对应Toleration的Pod且指定了tolerationSeconds值，则会在指定的时间后驱逐（注意，在节点发生故障的情况下，系统将会以限速（rte- limiting)模式逐步给Node设置Taint，这样就能避免在一些特定情况下（比如
  Master暂时失联）有大量的Pod被驱逐）。

注意，Kubernetes会自动给Pod添加下面几种Toleration：

• key为node.kubernetes.io/not-ready，并配置tolerationSeconds=300；
• key 为node.kubernetes.io/unreachable，并配置tolerationSeconds=300。

以上添加的这种自动机制保证了在某些节点发生一些临时性问题时，Pod默认能够继续停留在当前节点运行5min等待节点恢复，而不是立即被驱逐，从而避免系统的异常波动。

另外，Kubernetes从1.6版本开始引入两个与Taint相关的新特性，TaintNodesByCondition及TaintBasedEvictions，用来改善异常情况下的Pod调度与驱逐问题，比如在节点内存吃紧、节点磁盘空间已满、节点失联等情况下，是 否自动驱逐某些Pod或者暂时保留这些Pod等待节点恢复正常。这个过程的完整逻 辑基本如下。

1. 不断地检查所有Node状态，设置对应的Condition；
2. 不断地根据Node Condition设置对应的Taint；
3. 不断地根据Taint驱逐Node上的Pod。

其中，检查Node的状态并设置Node的Taint就是TaintNodesByCondition特性,即在Node满足某些特定的条件时,自动为Node节点添加Taint，目前主要有以下几种条件：

自Kubernetes 1.13开始，上述两个特性被默认启用，TaintNodesByCondition 这个特性只会为节点添加NoSchedule效果的污点，TaintBasedEviction则为节点添加NoExecute效果的污点。

在TaintBasedEvictions特性被开启之后，kubelet会在有资源压力时对相应的Node节点自动加上对应的NoExecute效果的Taint，例如 node.kubernetes.io/memory-pressure、node.kubernetes.io/disk-pressure。

如果Pod没有设置对应的Toleration,则这部分Pod将被驱逐，以确保节点不会崩溃。

04 文末

本文主要讲解了pod的污点与容忍的概念、案例及应用的场景，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！