5分钟搞懂K8S的污点和容忍度(理论+实战)

软件开发行业研发总监

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本文主要快速讲解Kubernetes的污点和容忍度，一句话总结：如果Pod能容忍某个节点上的污点，那么Pod就可以调度到该节点。

在K8S中，如果Pod能容忍某个节点上的污点，那么Pod就可以调度到该节点。如果不能容忍，那就无法调度到该节点。污点和容忍度就像谈恋爱的小情侣，你情我愿，女生知道男生的缺点，却依然选择容忍，这样他们可以生活在一起。如果女生容忍不了男生的缺点，那就没法生活在一起。

1、理论

1.1、污点和容忍度的概念

污点（Taints）：定义在节点上，用于拒绝Pod调度到此节点，除非该Pod具有该节点上的污点容忍度。被标记有Taints的节点并不是故障节点。
容忍度（Tolerations）：定义在Pod上，用于配置Pod可容忍的节点污点，K8S调度器只能将Pod调度到该Pod能够容忍的污点的节点上。
调度示例图：

1.2、排斥等级

Node对Pod对象的排斥等级有3种：

NoSchedule：没有配置此污点容忍度的新Pod不能调度到此节点，节点上现存的Pod不受影响。
PreferNoSchedule：没有配置此污点容忍度的新Pod尽量不要调度到此节点，如果找不到合适的节点，依然会调度到此节点。
NoExecute：没有配置此污点容忍度的新Pod对象不能调度到此节点，节点上现存的Pod会被驱逐。

1.3、容忍度操作符

在Pod上定义容忍度时，它支持两种操作符：Equal和Exists。

Equal：容忍度与污点必须在key、value和effect三者完全匹配。
Exists：容忍度与污点必须在key和effect二者完全匹配，容忍度中的value字段要使用空值。

1.4、用法

污点定义在节点的nodeSpec中，容忍度定义在Pod的podSpec中。

污点和容忍度都是键值对的数据格式，但是要增加一个排斥等级（effect）标记。

语法格式为："key=value:effect"。

1.5、使用场景

1、独占节点

如果想拿出部分节点给特定的Pod使用，可以通过给节点添加污点，然后特定的Pod加入对应的容忍度。
在集群中有些机器设备可能比较特殊，比如CPU性能很好、内存很大等等，不希望普通Pod占用这部分特殊节点，可以通过污点和容忍度来解决。

2、驱逐Pod

上文中定义了Node对Pod的排斥等级有3种。Node如果定义的排斥等级是NoExecute，那么没有配置该污点容忍度的Pod会被驱逐。

K8S 也会使用污点自动标识有问题的节点，比如节点在内存不足的情况下，节点控制器会自动为该节点打上污点信息，并且使用 NoExecute作为排斥等级，此时没有设置此类污点容忍度的Pod 会被驱逐。

DaemonSet控制器会无视此类污点，以便能在节点上部署重要的Pod。

目前，内置的污点也比较多，比如以下几个：

2、实战

2.1、管理节点污点

给节点添加污点：

kubectl taint nodes node01 key=value:effect

给节点删除污点，此处的effect可以没有

kubectl taint nodes node01 key[:effect]-

2.2、管理Pod的容忍度

上文中提到了，容忍度的操作符有2种：Equal和Exists，同时把排斥等级也要加上。

使用Equal的场景：

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

使用Exists的场景：

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

如果Node上污点的排斥等级是NoExecute时，该Node上正在运行的Pod如果没有该污点的容忍度，就会被立刻驱逐。不过系统增加了tolerationSeconds字段，用来延迟驱逐Pod。

tolerationSeconds字段的意思是：如果 Pod 的容忍度配置里存在排斥等级为 NoExecute ，并且指定了属性 tolerationSeconds 的值，那么Pod 还能继续在该节点上运行的时间（单位为秒）：

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

2.3、具体操作

2.3.1、前置小知识

查看看节点label，label是key-value的数据格式

kubectl get nodes --show-labels

增加节点label，比如设置一个key是special-app，value是specialwebapp的label

kubectl label node k8s-worker-2 special-app=specialwebapp

查看节点污点情况

查看某节点的污点情况，可以看到Taints这一栏是none，也可以看到label情况。

kubectl describe node k8s-worker-2

2.3.2、实战示例过程

步骤：

给定某个K8S节点，比如k8s-worker-2，节点的有一个label，Pod根据label选择调度到k8s-worker-2，此时调度成功。
给k8s-worker-2增加污点，此时Pod调度失败。
给Pod配置此污点的容忍度，调度成功。
删除节点的污点，删除容忍度，部署成功。

操作过程：

设置污点

kubectl taint nodes k8s-worker-2 question-node=broken-disk:NoSchedule

部署Pod，可以看到没有配置容忍度的Pod一直处于Pending状态，查看Pod的描述，也给出了原因：调度失败，node有污点，Pod没有容忍度。

给Pod配置容忍度，部署成功

删除污点，删除容忍度，部署成功

kubectl taint nodes k8s-worker-2 question-node-

完整的yaml文件：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: webapp
  namespace: demo
  labels:
    app: webapp
spec:
  nodeSelector:
    # 选择调度到具有这个label的节点
    "special-app": "specialwebapp"
#    kubernetes.io/hostname: k8s-worker-2
  tolerations:
    - key: "question-node"
      operator: "Equal"
      value: "broken-disk"
      effect: "NoSchedule"
  containers:
    - name: webapp
      image: nginx
      ports:
        - containerPort: 80