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tags: [kubernetes, scheduling, affinity, taints, tolerations, topology]
create time: 2026-05-18 00:30
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# K8s 调度控制 — Affinity、Taint & Topology

## 概述

默认调度器会把 Pod 随便分配到任意可用 Node。想让 Pod 之间"互相躲开"或"必须在一起"？需要使用 K8s 的调度控制机制：**Affinity/Anti-Affinity**（节点间关系）、**Taint/Toleration**（节点白名单）、**TopologySpreadConstraints**（跨可用区分布）。

## Affinity / Anti-Affinity

### Pod 反亲和性：分散到不同节点

```yaml
spec:
  affinity:
    # ========== 反亲和性：同一服务的 Pod 分散到不同节点 ==========
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - order-service
          topologyKey: kubernetes.io/hostname
      # ^^^ "尽量"把同 app 的 Pod 分配到不同机器
```

> [!question] 为什么要把同一个服务的 Pod 分散？
> 
> 如果所有副本都在同一台物理机上，这台机器宕机就会导致服务完全不可用。**故障域隔离**是高可用的基础——把 Pod 分散到不同节点 = 把鸡蛋放进不同篮子。

### 节点亲和性：只调度到特定标签的节点

```yaml
spec:
  affinity:
    # ========== 节点亲和性：只调度到特定标签的节点 ==========
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: node-role
            operator: In
            values:
            - high-memory          # 只调度到有 high-memory 标签的节点
```

### 调度级别对比

| 级别 | 含义 | 推荐度 |
|---------|------|--------|
| `requiredDuring...` | 硬约束，不满足就不调度 | 高（适用于特殊硬件节点） |
| `preferredDuring...` | 软约束，尽力而为 | 高（适用于反亲和性拆分） |
| `ignoringDuringExecution` | 调度时检查，运行时忽略变化 | 标准做法 |

## Taint & Toleration — 节点级别的"白名单"

Taint 设在 Node 上，Toleration 设在 Pod 上：

```bash
# 给节点加污点：只有带 db 容忍度的 Pod 才能调度上来
kubectl taint nodes node1 dedicated=db:NoSchedule
```

```yaml
spec:
  tolerations:
  - key: "dedicated"
    operator: "Equal"
    value: "db"
    effect: "NoSchedule"
```

> [!info] Taint effect 三种类型
> 
> | Effect | 含义 | 场景 |
> |--------|------|------|
> | `NoSchedule` | 不接受新 Pod | 专用节点 |
> | `PreferNoSchedule` | 尽量避免但不强制 | 优先但不是硬性 |
> | `NoExecute` | 驱逐已有的 Pod | 节点出问题时 |

```mermaid
flowchart LR
    Node["Node 打 Taint<br/>dedicated=db:NoSchedule"] --> Check{Pod 有 Toleration?}
    
    Check -- 否 --> Reject["❌ 不允许调度"]
    Check -- 是 --> Accept["✅ 允许调度"]
    
    style Reject fill:#ffebee
    style Accept fill:#e8f5e9
```

## TopologySpreadConstraints — K8s 1.19+ 推荐的跨可用区分布

比 anti-affinity 更优雅的实现方式，特别适合多云和混合云架构：

```yaml
spec:
  topologySpreadConstraints:
  - maxSkew: 1                 # 任何两个可用区最多差 1 个 Pod
    topologyKey: topology.kubernetes.io/zone   # 按可用区分组
    whenUnsatisfiable: DoNotSchedule           # 不满足则不调度
    labelSelector:
      matchLabels:
        app: order-service
```

> [!tip] WhenUnsatisfiable 策略选择
> 
> - `DoNotSchedule`：宁可等也不破坏分布均衡（严格一致）
> - `ScheduleAnyway`：先调度上去，能分尽量分（可用性优先）
> 
> **生产建议**：对外服务用 `ScheduleAnyway` + 反亲和性；内部有状态组件用 `DoNotSchedule`。

## 补充：NodeSelector 最简单的限制

```yaml
spec:
  nodeSelector:
    disktype: ssd             # 只调度到标注了 disktype=ssd 的节点
```

> [!note] NodeSelector vs Node Affinity
> 
> NodeSelector 是最基本的调度方式——只能做相等匹配。如果需要 `In/NotIn/Exists` 等更复杂的逻辑，应使用 `nodeAffinity`。现代 K8s 项目中建议统一使用 `nodeAffinity` 以保持风格一致。

## 组合使用示例

```yaml
# 一个典型的 Production Web 部署
spec:
  template:
    spec:
      # ① 必须运行在 Linux x86_64 节点上
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: kubernetes.io/os
                operator: In
                values: [linux]
              - key: kubernetes.io/arch
                operator: In
                values: [amd64]
      
      # ② 尽量分散在不同可用区
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
        whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway
        labelSelector:
          matchLabels:
            app: web-frontend
      
      # ③ 避免与后台批处理任务混在同一节点
      podAntiAffinity:
        preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        - weight: 200
          podAffinityTerm:
            labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: workload-type
                operator: In
                values: [batch-job]
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
```

## 关联笔记

- [[../01-核心概念与Deployment]] — Deployment 中的 podTemplateSpec 位置
- [[../06-资源与安全管控]] — ResourceQuota / NetworkPolicy 配合调度实现安全隔离
- [[../hhs/MS/05-部署运维/02-Kubernetes]] — 调度失控时的常见排查技巧