Kubernetes里的Pod亲和性；Pod反亲和性；API资源对象PV和PVC；本地存储；NFS存储

Pod亲和性;Pod反亲和性;API资源对象PV和PVC;本地存储;NFS存储

Pod亲和性

针对对象为Pod，目的是实现，新建Pod和目标Pod调度到一起，在同一个Node上。

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: testpod01
  labels:
    app: myapp01
    env: test1
spec:
  containers:
  - name: testpod01
    image: nginx:1.23.2

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: testpod02
  labels:
    app: myapp02
    env: test2
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  ##必须满足下面匹配规则
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In  
            values:
            - myapp01  ## app=myapp01, 上面的Pod是符合要求的
        topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
  containers:
  - name: testpod02
    image: redis:6.2

Pod反亲和性

针对对象为Pod，目的是实现，新建Pod和目标Pod不要调度到一起，不在同一个Node上。

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: testpod01
  labels:
    app: myapp01
    env: test1
spec:
  containers:
  - name: testpod01
    image: nginx:1.23.2

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: testpod02
  labels:
    app: myapp02
    env: test2
spec:
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:  ##必须满足下面匹配规则
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In  
            values:
            - myapp01  ## app=myapp01, 上面的Pod是符合要求的
        topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
  containers:
  - name: testpod02
    image: redis:6.2

污点与容忍度

污点（Taint）针对节点来说，和节点亲和性正好相对，节点亲和性使Pod被吸引到一类特定的节点，而污点则使节点能够排斥一类特定的Pod。

容忍度（Toleration）应用于Pod上，它用来允许调度器调度带有对应污点的节点。 容忍度允许调度但并不保证调度：作为其功能的一部分， 调度器也会评估其他参数。

污点和容忍度（Toleration）相互配合，可以避免Pod被分配到不合适的节点上。 每个节点上都可以应用一个或多个污点，这表示对于那些不能容忍这些污点的Pod， 是不会被该节点接受的。

设置污点命令格式：

kubectl taint node [node] key=value:[effect]

说明：

其中[effect] 可取值：[ NoSchedule | PreferNoSchedule | NoExecute ]:

NoSchedule ：一定不能被调度，已经在运行中的Pod不受影响。

PreferNoSchedule：尽量不要调度，实在没有节点可调度再调度到此节点。

NoExecute：不仅不会调度，还会驱逐Node上已有的Pod。

清除污点命令格式：

kubectl taint node [node] key:[effect]-

示例：

kubectl taint node tanglinux02 name=tang:NoSchedule

查看污点：

kubectl describe node tanglinux02 | grep Taints -A 10

设置容忍度的几种规则：

1）完全匹配

tolerations:
- key: "taintKey"      #和污点的key名字保持一致
  operator: "Equal"    #匹配类型，Equal表示匹配污点的所有值
  value: "taintValue"  #和污点key的值保持一致
  effect: "NoSchedule" #污点类型

说明：

Pod 的 Toleration 声明中的key和effect需要与Taint的设置保持一致。

Operator如果设置为Equal，则key和value，要和Taint的设置保持一致。

2）不完全匹配

tolerations:
- key: "taintKey"      #和污点的key名字保持一致
  operator: "Exists"   #匹配类型，只要符合污点设置的key即可
  effect: "NoSchedule" #污点的类型

说明：

Operator如果设置为Exists，则不需要指定value，只看key名字

3）大范围匹配

tolerations:
- key: "taintKey"      #和污点的key名字保持一致
  operator: "Exists"   

说明：

如果不设置effect，则只需要看key名字即可，不管Taint里的effect设置为什么都会匹配到

4）匹配所有

tolerations:
- operator: "Exists"  

说明：

如果省略key和effect，则匹配所有Taint， 在k8s中的daemonsets资源默认情况下是容忍所有污点的。

驱逐延缓时间设置

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

说明：

如果这个Pod 正在运行，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。

完整Pod YAML示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ng
  labels:
    env: dev
spec:
  containers:
  - name: ng
    image: nginx:1.21.0
  tolerations:
  - key: name
    operator: Exists
    effect: NoSchedule

---

存储持久化相关三个概念：

1) PersistentVolume（PV）

是对具体存储资源的描述，比如NFS、Ceph、GlusterFS等，通过PV可以访问到具体的存储资源；

2) PersistentVolumeClaim（PVC）

Pod想要使用具体的存储资源需要对接到PVC，PVC里会定义好Pod希望使用存储的属性，通过PVC再去申请合适的存储资源（PV），匹配到合适的资源后PVC和PV会进行绑定，它们两者是一一对应的；

3) StorageClass（SC）

PV可以手动创建，也可以自动创建，当PV需求量非常大时，如果靠手动创建PV就非常麻烦了，SC可以实现自动创建PV，并且会将PVC和PV绑定。

SC会定义两部分内容：

① pv的属性，比如存储类型、大小；

② 创建该PV需要用到的存储插件（provisioner），这个provisioner是实现自动创建PV的关键。

API资源对象PV和PVC

1）PV YAML示例：

vi testpv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: testpv

spec:
  storageClassName: test-storage
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  capacity:
    storage: 500Mi  ##提供500Mi空间
  hostPath:
    path: /tmp/testpv/

说明：

storageClassName: 定义存储类名称，PV和PVC中都会有该字段，目的是为了方便两者匹配绑定在一起

accessModes定义该pv的访问权限模式，有三种：

• ReadWriteOnce：存储卷可读可写，但只能被一个节点上的 Pod 挂载;
• ReadOnlyMany：存储卷只读不可写，可以被任意节点上的 Pod 多次挂载;
• ReadWriteMany：存储卷可读可写，也可以被任意节点上的 Pod 多次挂载;

capacity 定义该存储大小。

hostPath 定义该存储访问路径，这里指的是本地的磁盘。

2）PVC YAML示例：

vi testpvc.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: testpvc

spec:
  storageClassName: test-storage
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 100Mi  ##期望申请100Mi空间

应用pv和pvc的YAML

kubectl apply -f testpv.yaml -f testpvc.yaml

查看状态

kubectl get pv,pvc

实验：

将testpvc的期望100Mi改为1000Mi，查看PV的STATUS

3）PV和PVC匹配规则

PV创建好后，会等待PVC与其进行绑定，PVC一旦找到合适的PV就会绑定。如果有多个PV时，PVC又是如何匹配PV的呢？它有如下一些规则：

① 访问模式和存储类匹配：Kubernetes会筛选出访问模式（accessModes）和存储类（storageClassName）与PVC相匹配的PV。如果没有匹配的PV，PVC将保持未绑定状态。

② 资源大小：在满足访问模式和存储类匹配的PV中，Kubernetes会选择资源大小大于或等于PVC请求大小的PV。

③ 最佳匹配：在满足访问模式、存储类和资源大小的PV中，Kubernetes会选择资源大小最接近PVC请求大小的PV。如果有多个PV具有相同的资源大小，Kubernetes会选择其中一个进行绑定。

④ 避免重复绑定：一个PV在任何时候只能被一个PVC绑定。一旦PV被绑定到一个PVC，它将不再可用于其他PVC。

本地存储

在上一章节中的PV YAML示例，就是本地存储。本地存储类型的PV是Kubernetes中一种比较特殊的持久化存储，它允许将节点上的本地磁盘或目录用作PV。与其他PV类型（例如NFS、Ceph或云存储）不同，本地存储类型的PV直接使用节点上的存储资源，因此具有更低的延迟和更高的性能。

使用本地存储类型的PV时，需注意以下几个关键点：

• 节点特性：本地存储类型的PV与特定的节点绑定，因为它直接使用节点上的存储资源。这意味着当创建PV时，需要指定与之关联的节点。可以在PV的spec部分设置nodeAffinity来实现的。

  nodeAffinity:  ##定义节点亲和性
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname
          operator: In
          values:
          - node-name

• 数据持久性：由于本地存储类型的PV与特定节点关联，当该节点发生故障时，存储在PV中的数据可能无法访问。因此，在使用本地存储类型的PV时，请确保采取适当的数据备份策略，以防止节点故障导致的数据丢失。
• 调度限制：Pod使用本地存储类型的Persistent Volume Claim（PVC）时，Kubernetes会尝试将Pod调度到关联PV的节点上。如果节点上的资源不足以运行Pod，Pod将无法启动。因此，在使用本地存储类型的PV时，请确保关联的节点有足够的资源来运行Pod。
• 回收策略：当PVC被删除时，PV的回收策略将决定如何处理关联的本地存储。对于本地存储类型的PV，建议使用Retain或Delete回收策略。Retain策略表示保留存储和数据，以便手动清理和管理；Delete策略表示删除存储和数据。需要注意的是，Recycle策略并不适用于本地存储类型的PV。

 persistentVolumeReclaimPolicy: Retain

完整示例：

首先，确保在每个要使用本地存储的节点上创建一个本地目录。例如，在节点上创建/mnt/local-storage目录：

mkdir -p /mnt/local-storage

然后，创建一个PV资源配置文件，例如local-pv.yaml：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: local-pv
  labels:
    type: local
spec:
  storageClassName: local-storage
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  local:
    path: /mnt/local-storage
  nodeAffinity:
    required:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: kubernetes.io/hostname  #这是内置的节点标签，表示节点的主机名
          operator: In
          values:
          - tanglinux02  #只有tanglinux02这个主机节点才满足要求

应用PV资源配置文件：

kubectl apply -f local-pv.yaml

再创建一个PVC资源配置文件，例如local-pvc.yaml：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: local-pvc
spec:
  storageClassName: local-storage
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 5Gi

应用PVC资源配置文件：

kubectl apply -f local-pvc.yaml

Kubernetes会自动将PVC与PV绑定。创建好的PVC可以在Pod中使用，将本地存储挂载到容器中。

最后，创建一个Pod资源配置文件，例如local-pod.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: local-pod
spec:
  containers:
  - name: local-container
    image: nginx:1.21.0
    volumeMounts:
    - name: local-storage
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: local-storage
    persistentVolumeClaim:
      claimName: local-pvc

应用Pod资源配置文件：

kubectl apply -f local-pod.yaml

现在，local-pod中的local-container已经挂载了本地存储。所有写入/data目录的数据都将持久化在本地存储中。

NFS存储

注意：在做本章节示例时，需要拿单独一台机器来部署NFS，具体步骤略。

NFS作为常用的网络文件系统，在多机之间共享文件的场景下用途广泛，毕竟NFS配置方便，而且稳定可靠。

NFS同样也有一些缺点：① 存在单点故障的风险；② 不方便扩容；③ 性能一般。

NFS比较适合一些简单的、对存储要求不高的场景，比如测试环境、开发环境。

完整示例：

首先部署好NFS服务，并且保证所有Kubernetes节点可以顺利挂载（showmount -e 192.168.222.128 ）

安装相关依赖，节点也需要安装：

yum install nfs-utils

定义基于NFS的PV

vi nfs-pv.yaml

apiVersion: v1
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: nfs-pv
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  persistentVolumeReclaimPolicy: Retain
  storageClassName: nfs-storage
  nfs:
    path: /data/nfs2
    server: 192.168.222.128

应用

kubectl apply -f nfs-pv.yaml

定义PVC

vi nfs-pvc.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nfs-pod
spec:
  containers:
  - name: nfs-container
    image: nginx:1.21.0
    volumeMounts:
    - name: nfs-storage
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: nfs-storage
    persistentVolumeClaim:
      claimName: nfs-pvc

应用

kubectl apply -f nfs-pod.yaml