K8s新手系列之指定Pod调度到指定节点上

概述

在 Kubernetes 中，Pod的调度是通过kube-schedule来实现的，Pod的调度会经过一系列算法来进行完成。

在实际生产过程中，我们想让Pod调度到我们想要的节点上，往往通过kube-schedule默认的调度策略无法实现，这个时候我们需要指定一些策略来帮助我们实现。

将Pod调度到指定的节点上有三种方式：

• nodeName：通过节点名称完成调度
• nodeSelector：通过节点标签完成调度
• nodeAffinity：通过节点亲和性完成调度

nodeName

nodeName 是 Pod.spec 中的一个字段，用于显式指定 Pod 应该运行的节点名称。当 Kubernetes 创建 Pod 时，调度器会跳过常规调度逻辑，直接将 Pod 分配到指定的节点上。

工作原理

• 跳过调度器：使用 nodeName 时，Pod 不会经过 Kubernetes 默认调度器（kube-scheduler）的资源评估和节点选择流程。因此不受污点的影响
• 直接绑定：API Server 会直接将 Pod 绑定到指定节点，节点上的 kubelet 负责创建容器。
• 节点必须存在：指定的节点名称必须是集群中已存在且状态正常的节点，否则 Pod 会处于Pending状态。

实战案例

指定Pod调度到node01节点上

[root@master ~/schedule]# cat node.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  # 直接指定节点名称
  nodeName: node01
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
[root@master ~/schedule]# kubectl apply -f node.yaml
pod/nginx-pod created
# 查看Pod，发现在node01节点上
[root@master ~/schedule]# kubectl get po -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod   1/1     Running   0          11s   100.117.144.185   node01   <none>           <none>

验证在有污点的情况下是否能调度成功

示例：

给node02节点添加一个污点

[root@master ~/schedule]# kubectl taint nodes node02 app=node:NoSchedule
node/node02 tainted
# 检查污点是否创建成功
[root@master ~/schedule]# kubectl describe node node02 | grep Taint
Taints:             app=node:NoSchedule

创建Pod指定nodeName为node02

[root@master ~/schedule]# cat node.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  # 直接指定节点名称
  nodeName: node02
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
[root@master ~/schedule]# kubectl apply -f node.yaml
pod/nginx-pod created

# 查看Pod已经调度到node02节点上
[root@master ~/schedule]# kubectl get po -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod   1/1     Running   0          10s   100.95.185.251   node02   <none>           <none>

总结：nodeName 是一种静态、强制的调度方式，适用于对特定节点有明确依赖的场景，但缺乏弹性和自动恢复能力。在生产环境中，建议优先使用 NodeAffinity、Taints/Tolerations 等更灵活的调度机制，仅在必要时（如紧急修复）使用 nodeName。

nodeSelector

nodeSelector是 Pod.spec 中的一个字段，用于定义节点选择规则。通过在 Pod 定义中设置nodeSelector，可以确保 Pod 只被调度到具有匹配标签的节点上。

nodeSelector会受到污点的影响

工作原理

• 标签（Labels）：节点可以被打上标签（例如：disktype=ssd、env=prod）。
• 选择器（Selector）：Pod 通过nodeSelector指定需要匹配的标签。
• 调度器（Scheduler）：Kubernetes 调度器会根据nodeSelector的规则，将 Pod 调度到符合条件的节点上。

实战案例

给node01节点创建标签env=prod

[root@master ~/schedule]# kubectl label node node01 env=prod

创建Pod

[root@master ~/schedule]# cat selector.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  # 指定标签选择
  nodeSelector:
    # 直接指定标签
    env: prod
    # 可以指定多个标签
    # diskType: ssd
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
[root@master ~/schedule]# kubectl apply -f
node.yaml      selector.yaml
[root@master ~/schedule]# kubectl apply -f selector.yaml
pod/nginx-pod created

# 发现Pod已经调度到node01节点上了
[root@master ~/schedule]# kubectl get po -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod   1/1     Running   0          6s    100.117.144.186   node01   <none>           <none>

验证在有污点的情况下是否能调度成功

给node02节点创建一个污点及标签

# 创建污点
[root@master ~/schedule]# kubectl taint nodes node02 app=node:NoSchedule
node/node02 tainted
# 检查污点是否创建成功
[root@master ~/schedule]# kubectl describe node node02 | grep Taint
Taints:             app=node:NoSchedule

# 创建标签
[root@master ~/schedule]# kubectl label node node02 disk-type=ssd
# 查看标签是否创建成功
[root@master ~/schedule]# kubectl describe node node02 | grep Label -A 3
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    disk-type=ssd
                    kubernetes.io/arch=amd64

创建Pod

发现Pod处于Pending状态

[root@master ~/schedule]# cat selector.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  # 指定标签选择
  nodeSelector:
    # 直接指定标签
    # env: prod
    # 可以指定多个标签
    diskType: ssd
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
[root@master ~/schedule]# kubectl apply -f selector.yaml
pod/nginx-pod created

# Pod处于Pending状态
[root@master ~/schedule]# kubectl get po -o wide
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod   0/1     Pending   0          6s    <none>   <none>   <none>           <none>

查看一下详细信息

发现受污点的影响

[root@master ~/schedule]# kubectl describe po nginx-pod
Name:             nginx-pod
#...省略部分内容
Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  75s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector, 1 node(s) had untolerated taint {app: node}, 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }. preemption: 0/3 nodes are available: 3 Preemption is not helpful for scheduling..

如果想要让nginx-pod调度到node02节点上，需要添加污点容忍，污点相关的内容可以阅读这篇文章：K8s中的污点和容忍

节点亲和性

在 Kubernetes 中，节点亲和性（Node Affinity） 是一种更灵活的调度机制，用于控制 Pod 如何被分配到特定节点。与nodeSelector相比，它支持更复杂的匹配规则和软策略，让调度策略更具弹性。

节点亲和性的作用

精准匹配节点标签

节点亲和性通过定义 标签匹配规则（如节点必须包含 / 不包含某个标签、标签值在指定范围内等），将 Pod 调度到符合条件的节点。

• 硬性规则（requiredDuringScheduling）：强制 Pod 只能调度到满足条件的节点，否则保持 Pending 状态。
  
  例：将数据库 Pod 强制调度到标记为 role=database 且 storage=ssd 的节点。

• 软性规则（preferredDuringScheduling）：优先调度到满足条件的节点，若不满足则尝试其他节点（通过权重配置优先级）。
  
  例：优先将 Web 服务 Pod 调度到 region=east 的节点（权重 100），其次调度到 zone=az1 的节点（权重 70）。

精细化控制

替代简单的 nodeSelector，支持复杂逻辑（如 “节点必须包含 A 标签且不包含 B 标签”）。

灵活容错

软性规则允许调度器在条件不满足时 “退而求其次”，避免 Pod 长时间处于 Pending。

资源利用率优化

通过标签分层（如环境、硬件、地域），实现集群资源的合理分配与负载均衡。

节点亲和性实战-硬性规则匹配

必须满足条件才能调度，否则 Pod 将处于 Pending 状态。调度成功后，即使节点标签变更导致规则不再满足，Pod 也不会被驱逐。

将 Pod 调度到同时满足以下条件的节点：

• 标签 env=prod
• 标签 disk-type=ssd
• 标签 cpu-cores > 2

示例：

给node01节点打上标签

[root@master ~]# kubectl label node node01 env=prod disk-type=ssd cpu-cores=3
node/node01 labeled

# 查看标签
[root@master ~]# kubectl describe node node01 | grep Labels -A 5
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    cpu-cores=3
                    disk-type=ssd
                    env=prod
                    kubernetes.io/arch=amd64

创建Pod

[root@master ~/affinity]# cat affinity-deploy.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-affinity
spec:
  replicas: 5
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      affinity:
        # 节点亲和性
        nodeAffinity:
          # 指定硬性规则
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            # 匹配规则
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: env
                operator: In
                values: ["prod"]
              - key: disk-type
                operator: In
                values: ["ssd"]
              - key: cpu-cores
                operator: Gt
                values: ["2"]  # 注意：values 是字符串列表，内部会转为数字比较
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
#创建
[root@master ~/affinity]# kubectl apply -f affinity-deploy.yaml
deployment.apps/nginx-affinity created

查看Pod调度到哪个节点上了?

发现Pod全部调度到node01节点上

[root@master ~/affinity]# kubectl get po -o wide
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-affinity-556d5d5987-5bnjm   1/1     Running   0          94s   100.117.144.175   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-556d5d5987-bvmvh   1/1     Running   0          94s   100.117.144.173   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-556d5d5987-d7tkg   1/1     Running   0          94s   100.117.144.174   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-556d5d5987-frkkm   1/1     Running   0          94s   100.117.144.172   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-556d5d5987-ttlcr   1/1     Running   0          94s   100.117.144.176   node01   <none>           <none>

如果标签不匹配，Pod会出现什么情况呢？

# 将node01节点上的标签删除一个
[root@master ~/affinity]# kubectl label node node01 cpu-cores-
node/node01 unlabeled
# 查看标签
[root@master ~/affinity]# kubectl describe node node01 | grep Labels -A 5
Labels:             beta.kubernetes.io/arch=amd64
                    beta.kubernetes.io/os=linux
                    disk-type=ssd
                    env=prod
                    kubernetes.io/arch=amd64
                    kubernetes.io/hostname=node01

# 删除Pod让其重建
[root@master ~/affinity]# kubectl get po | awk '{print $1}' | xargs kubectl delete po
pod "nginx-affinity-556d5d5987-5bnjm" deleted
pod "nginx-affinity-556d5d5987-bvmvh" deleted
pod "nginx-affinity-556d5d5987-d7tkg" deleted
pod "nginx-affinity-556d5d5987-frkkm" deleted
pod "nginx-affinity-556d5d5987-ttlcr" deleted

查看Pod，发现状态都是Pending状态

[root@master ~/affinity]# kubectl get po
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-affinity-556d5d5987-44qmc   0/1     Pending   0          27s
nginx-affinity-556d5d5987-4qtth   0/1     Pending   0          27s
nginx-affinity-556d5d5987-4tws5   0/1     Pending   0          27s
nginx-affinity-556d5d5987-bgm7n   0/1     Pending   0          27s
nginx-affinity-556d5d5987-kh555   0/1     Pending   0          27s

查看一下详细信息，发现是标签不匹配

[root@master ~/affinity]# kubectl describe po nginx-affinity-556d5d5987-44qmc
Name:             nginx-affinity-556d5d5987-44qmc

Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  71s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector. preemption: 0/3 nodes are available: 3 Preemption is not helpful for scheduling..
  Warning  FailedScheduling  70s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) had untolerated taint {node-role.kubernetes.io/control-plane: }, 2 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector. preemption: 0/3 nodes are available: 3 Preemption is not helpful for scheduling..

总结一下，节点亲和性可以更加细腻指定Pod调度到某一个节点上，如果指定的标签不匹配，那么Pod会处于Pending状态

节点亲和性实战-软性规则匹配

软性规则匹配优先满足条件，但不强制。调度器会为每个满足条件的节点打分，选择分数最高的节点。

评分机制

当存在多个满足软性规则的节点时，调度器会计算每个节点的得分：

• 基础分：所有节点初始分为 0。
• 权重叠加：对每个 preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 规则：
  • 若节点满足规则，得分为 weight 值。
  • 若不满足，得分为 0。
• 总分计算：节点最终得分是所有匹配规则的 weight 之和。

示例：

优先调度到以下节点：

• 首选 region=east 的节点（权重 100）
• 其次 disk-type=ssd 的节点（权重 70）

给node01节点打上region=east标签

[root@master ~/affinity]# kubectl label node node01 region=east
node/node01 labeled

给node02节点打上disk-type=ssd标签

[root@master ~/affinity]# kubectl label node node02 disk-type=ssd
node/node02 labeled

创建deploy

[root@master ~/affinity]# cat affinity-deploy.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-affinity
spec:
  replicas: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      affinity:
        # 节点亲和性
        nodeAffinity:
          # 指定软性匹配规则
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          # 权重范围 1-100，值越高优先级越高
          - weight: 100
            preference:
              matchExpressions:
              - key: region
                operator: In
                values: ["east"]
          - weight: 70
            preference:
              matchExpressions:
              - key: disk-type
                operator: In
                values: ["ssd"]
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
[root@master ~/affinity]# kubectl apply -f affinity-deploy.yaml
deployment.apps/nginx-affinity created

查看Pod调度到哪一个节点上

发现调度到node01节点上的Pod居多，因为node01的权重是100，而node02节点上略少，权重为70

[root@master ~/affinity]# kubectl get po -o wide
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-affinity-65587946bd-84mv5   1/1     Running   0          30s   100.117.144.180   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-8lfwl   1/1     Running   0          30s   100.117.144.183   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-9fnhb   1/1     Running   0          30s   100.117.144.179   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-9rqt9   1/1     Running   0          30s   100.117.144.177   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-gsq4c   1/1     Running   0          30s   100.117.144.182   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-pf845   1/1     Running   0          30s   100.95.185.238    node02   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-pvwps   1/1     Running   0          30s   100.95.185.237    node02   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-qhhh7   1/1     Running   0          30s   100.95.185.239    node02   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-tn54h   1/1     Running   0          30s   100.117.144.178   node01   <none>           <none>
nginx-affinity-65587946bd-x64qs   1/1     Running   0          30s   100.117.144.181   node01   <none>           <none>

节点亲和性-混合使用硬性和软性规则

示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mixed-affinity-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      # 硬性限制
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: env
            operator: In
            values: ["prod"]
      # 软性限制
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 80
        preference:
          matchExpressions:
          - key: gpu
            operator: Exists
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

nodeName、nodeSelector和节点亲和性的区别

特性	nodeName	nodeSelector	节点亲和性（Node Affinity）
调度方式	直接指定节点名称	通过标签匹配节点	通过灵活的规则表达式匹配节点
匹配规则	精确匹配节点名称	精确匹配标签键值对	支持多种操作符（In, NotIn, Exists, Gt, Lt等）
策略类型	硬约束（必须满足）	硬约束（必须满足）	支持硬约束（requiredDuringScheduling）和软约束（preferredDuringScheduling）
灵活性	最低（需手动指定节点）	中等（仅支持精确匹配）	最高（支持复杂逻辑和优先级）
语法复杂度	最简单（单字段配置）	较低（标签键值对）	较高（嵌套表达式）
应用场景	调试、特殊需求	简单的标签选择	复杂的调度策略（如跨区域部署、资源优化）