Kubernetes taint & toleration


一、概述

前一篇文章讲解了 Kubernetes 亲和性调度, 所涉及的内容都是描述 pod 的属性,来声明此 pod 希望调度到哪类 nodes。而本文介绍的 Taint(污点) 刚好相反,它是node 的一个属性,允许 node 主动排斥 pod 的调度。
对应的 k8s 又给 pod 新增了配套属性 toleration(容忍) ,用于表示这些 pod 可以(但不强制要求)被调度到具有相应 taints 的 nodes 上。
这两者经常一起搭配,来确保不将 pod 调度到不合适的 nodes。

看下 taint & toleration 结构体,下面足点介绍时会涉及相关字段。
type Taint struct {
Key string
Value string
Effect TaintEffect
// add taint 的时间点
// 只有 Effect = NoExecute, 该值才会被 nodeController 写入
TimeAdded *metav1.Time
}

type Toleration struct {
Key string
Operator TolerationOperator
Value string
Effect TaintEffect
// 容忍时间
TolerationSeconds *int64
}

type TaintEffect string

const (
TaintEffectNoSchedule TaintEffect = "NoSchedule"
TaintEffectPreferNoSchedule TaintEffect = "PreferNoSchedule"
TaintEffectNoExecute TaintEffect = "NoExecute"
)

type TolerationOperator string

const (
TolerationOpExists TolerationOperator = "Exists"
TolerationOpEqual  TolerationOperator = "Equal"
)


二、Taint

我们可以对 node 设置多个 taints,当然也可以在 pod 配置相同个数的 tolerations。影响调度和运行的具体行为,我们可以分为以下几类:
  • 如果至少有一个 effect == NoSchedule 的 taint 没有被 pod toleration,那么 pod 不会被调度到该节点上。
  • 如果所有 effect == NoSchedule 的 taints 都被 pod toleration,但是至少有一个 effect == PreferNoSchedule 没有被 pod toleration,那么 k8s 将努力尝试不把 pod 调度到该节点上。
  • 如果至少有一个 effect == NoExecute 的 taint 没有被 pod toleration,那么不仅这个 pod 不会被调度到该节点,甚至这个节点上已经运行但是也没有设置容忍该污点的 pods,都将被驱逐。


三、Toleration

再看下 PodSpec 配置 Tolerations,其中的 key、value、effect 与 Node Taint 设置需要保持一致,operator 支持两类:
  • Exists: 这个配置下,不需要指定 value。
  • Equal: 需要配置 value 值。(operator 的默认值)


有几个特殊情况:
- key 为空并且 operator 等于 Exists,表示匹配了所有的 keys,values 和 effects。换句话说就是容忍了所有的 taints。
tolerations:
- operator: "Exists"

- effect 为空,则表示匹配所有的 effects(NoSchedule、PreferNoSchedule、NoExecute)
tolerations:
- key: "key"
operator: "Exists"


还有一个 TolerationSeconds,该值与 effect 为 NoExecute 配套使用。用来指定在 node 添加了 effect = NoExecute 的 taint 后,能容忍该 taint 的 pods 可停留在 node 上的时间。
例如:
tolerations:
- key: "key1"
operator: "Equal"
value: "value1"
effect: "NoExecute"
tolerationSeconds: 3600

表示如果这个 pod 已经运行在 node 上并且该 node 添加了一个对应的 taint,那么这个 pod 将会在 node 上停留 3600 秒后才会被驱逐。但是如果 taint 在这个时间前被移除,那么这个 pod 也就不会被驱逐了。

来个比较形象的图,描述下:
taint & toleration

该图参考: Taints and tolerations, pod and node affinities demystified · Banzai Cloud

四、内置行为

kubernetes 1.6 版本,node controller 会跟进系统情况自动设置 node taint 属性。
内置 taint key 如下:
  • node.kubernetes.io/not-ready: 节点尚未就绪
  • node.kubernetes.io/unreachable: 节点无法被访问
  • node.kubernetes.io/unschedulable: 节点不可调度
  • 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: 节点网络不可用
  • node.kubernetes.io/pid-pressure: 节点有 pid 压力
  • node.cloudprovider.kubernetes.io/uninitialized: 云节点未初始化
  • node.cloudprovider.kubernetes.io/shutdown: 云节点已下线


kubernetes 会通过 DefaultTolerationSeconds admission controller 为创建的 pod 添加两个默认的 toleration: node.kubernetes.io/not-readynode.kubernetes.io/unreachable,并且设置 tolerationSeconds = 300。当然这个默认配置,用户可以自行覆盖。
这些自动添加的默认配置,确保 node 出现问题后,pod 可以继续在 node 上停留 5 分钟。


DefaultTolerationSeconds admission controller 设置的 tolerationSeconds 值,也可以由用户指定。
具体参考: https://github.com/kubernetes/ ... on.go
还有一个默认行为,就是 DaemonSet。
所有 DaemonSet 创建的 pod 都会添加两个 toleration: node.alpha.kubernetes.io/unreachablenode.alpha.kubernetes.io/notReady。设置 effect = NoExecute,并且不指定 tolerationSeconds
目的是确保在 node 出现 unreachable 或 notReady 的问题时,DaemonSet Pods 永远不会被驱逐。

示例

常见的示例如下:
  • 专用节点
    • 如果你希望将一组节点专用于特定的用户,那可以将这些节点设置 taints: kubectl taint nodes nodename dedicated=groupName:NoSchedule, 然后为 pods 设置对应的 tolerations。
    • - 如果你希望节点被专用并且确保服务仅使用这批节点,那么你还应该向这批节点设置 labels (`dedicated=groupName`),并且为对应的 pods 设置 NodeAffinity,以控制 pods 只能跑到这批节点上。
  • 具有特殊硬件的节点
      - 有部分带有特殊硬件的节点,比如 GPU、FPGA 等,要确保不将不需要专用硬件的 pods 调度到这些节点。也可以和 `专有节点` 一样的方式设置 taints:`kubectl taint nodes nodename special=true:NoSchedule` 或 `kubectl taint nodes nodename special=true:PreferNoSchedule`。建议还可以通过 [Extended Resources](https://v1-12.docs.kubernetes.io/docs/concepts/configuration/manage-compute-resources-container/#extended-resources) 和 [ExtendedResourceToleration admission controller](https://v1-12.docs.kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/#extendedresourcetoleration) 来更方便的调度依赖特殊硬件的 pods,而不需要手动添加容器的 toleration
  • 基于 taint 的驱逐
      - 前面也提到了,可以通过 `NoExecute taint` 来驱逐节点上已经运行的 pods。


五、参考资料

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