Kubernetes之Pod亲和性与反亲和性的TopologyKey

March 31, 2019

Pod亲和性与反亲和性

Pod 间的亲和性与反亲和性根据已经在 Node 上运行的 Pod 的标签来调度新的 Pod 到哪个 Node 上，这些规则的形式是：

如果 X 已经运行一个或多个符合规则 Y 的 Pod，那么这个 Pod 应该（如果是反亲和性，则不应该）运行在 X 上。

和 Node不同，由于 Pod 都是有命名空间的，所以基于 Pod 标签的标签选择器（Label Selector）必须指定命名空间。可以通过 namespaces（与 labelSelector 和 topologyKey 同一级） 指定，默认情况下为拥有亲和性（或反亲和性）的 Pod 所属的命名空间，如果定义了 namespaces 但值是空的，则表示使用 all 命名空间。

那么，我需要 Pod 亲和性或反亲和性的同时，又能指定 Pod 调度到某个 Node 该如何处理呢？这就要用到接下来讲的 topologyKey 了。

什么是topologyKey

顾名思义，topology 就是 拓扑 的意思，这里指的是一个 拓扑域，是指一个范围的概念，比如一个 Node、一个机柜、一个机房或者是一个地区（如杭州、上海）等，实际上对应的还是 Node 上的标签。这里的 topologyKey 对应的是 Node 上的标签的 Key（没有Value），可以看出，其实 topologyKey 就是用于筛选 Node 的。通过这种方式，我们就可以将各个 Pod 进行跨集群、跨机房、跨地区的调度了。

如何使用topologyKey

看下面的例子：

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

这里 Pod 的亲和性规则是：这个 Pod 要调度到的 Node 必须有一个标签为 security: S1 的 Pod，且该 Node 必须有一个 Key 为 failure-domain.beta.kubernetes.io/zone 的 标签，即 Node 必须属于 failure-domain.beta.kubernetes.io/zone 拓扑域。

Pod 的反亲和性规则是：这个 Pod 尽量不要调度到这样的 Node，其包含一个 Key 为 kubernetes.io/hostname 的标签，且该 Node 上有标签为 security: S2 的 Pod。

topologyKey详解

既然 topologyKey 是拓扑域，那 Pod 之间怎样才是属于同一个拓扑域？

如果使用 k8s.io/hostname，则表示拓扑域为 Node 范围，那么 k8s.io/hostname 对应的值不一样就是不同的拓扑域。比如 Pod1 在 k8s.io/hostname=node1 的 Node 上，Pod2 在 k8s.io/hostname=node2 的 Node 上，Pod3 在 k8s.io/hostname=node1 的 Node 上，则 Pod2 和 Pod1、Pod3 不在同一个拓扑域，而Pod1 和 Pod3在同一个拓扑域。

如果使用 failure-domain.k8s.io/zone ，则表示拓扑域为一个区域。同样，Node 的标签 failure-domain.k8s.io/zone 对应的值不一样也不是同一个拓扑域，比如 Pod1 在 failure-domain.k8s.io/zone=beijing 的 Node 上，Pod2 在 failure-domain.k8s.io/zone=hangzhou 的 Node 上，则 Pod1 和 Pod2 不属于同一个拓扑域。

当然，topologyKey 也可以使用自定义标签。比如可以给一组 Node 打上标签 custom_topology，那么拓扑域就是针对这个标签了，则该标签相同的 Node 上的 Pod 属于同一个拓扑域。

注意事项

原则上，topologyKey 可以是任何合法的标签 Key。但是出于性能和安全原因，对 topologyKey 有一些限制：

  1. 对于亲和性和 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 的 Pod 反亲和性，topologyKey 不能为空。
  2. 对于 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 的 Pod 反亲和性，引入 LimitPodHardAntiAffinityTopology 准入控制器来限制 topologyKey 只能是 kubernetes.io/hostname。如果要使用自定义拓扑域，则可以修改准入控制器，或者直接禁用它。
  3. 对于 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 的 Pod 反亲和性，空的 topologyKey 表示所有拓扑域。截止 v1.12 版本，所有拓扑域还只能是 kubernetes.io/hostname、failure-domain.beta.kubernetes.io/zone 和 failure-domain.beta.kubernetes.io/region 的组合。
  4. 除上述情况外，topologyKey 可以是任何合法的标签 key。

参考

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