📚 课程目录第4章节点亲和性调度

4. 节点亲和性调度：nodeSelector、nodeAffinity硬策略、nodeAffinity软策略、权重配置

在Kubernetes集群中，Pod调度到哪个节点并非完全随机。节点亲和性（Node Affinity）是调度器将Pod绑定到特定节点的一组规则，它比简单的 nodeSelector 更灵活、表达能力更强。本章从最基础的 nodeSelector 出发，逐步深入到 nodeAffinity 的硬策略（required）、软策略（preferred）以及权重配置，帮助你精准控制Pod的放置位置。

4.1 基础选择器：nodeSelector

nodeSelector 是Kubernetes最早提供的节点选择机制，它通过Pod的 spec.nodeSelector 字段指定一组键值对标签，调度器只将Pod调度到包含所有这些标签的节点上。这是一种“与（AND）”逻辑——所有条件必须同时满足。

  适用场景： 简单、静态的节点选择需求，例如将GPU工作负载调度到带有 gpu=true 标签的节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: gpu-pod
spec:
  nodeSelector:
    gpu: "true"          # 节点必须包含标签 gpu=true
  containers:
  - name: cuda-container
    image: nvidia/cuda:11.0-base

特性	nodeSelector	nodeAffinity
表达式能力	仅支持精确键值对匹配（=）	支持 In、NotIn、Exists、DoesNotExist、Gt、Lt 等操作符
逻辑组合	多个条件之间为 AND 关系	支持 AND（同一规则内）和 OR（多个 matchExpressions）
软/硬策略	硬性要求（不满足则不调度）	支持硬策略（required）和软策略（preferred）
权重	不支持	软策略支持权重（weight 1-100）

4.2 nodeAffinity 硬策略（requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution）

硬策略要求Pod必须调度到满足条件的节点上，否则Pod将处于 Pending 状态。其名称中的 IgnoredDuringExecution 表示：即使Pod运行后节点标签发生变化，已经运行的Pod也不会被驱逐。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: ssd-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disk-type
            operator: In
            values:
            - ssd
            - nvme
  containers:
  - name: app
    image: nginx:1.21

关键点： nodeSelectorTerms 列表中的多个 matchExpressions 之间是 OR 关系（满足任一即可）；而同一个 matchExpressions 内的多个条件之间是 AND 关系（必须全部满足）。

4.3 nodeAffinity 软策略（preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution）

软策略是“尽力而为”的调度偏好。调度器会优先选择满足条件的节点，但如果找不到符合条件的节点，Pod仍然可以被调度到其他节点上。软策略必须配合 weight 字段使用，权重值范围为 1-100，权重越高，调度器越倾向于选择该节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 80
        preference:
          matchExpressions:
          - key: zone
            operator: In
            values:
            - us-east-1
      - weight: 20
        preference:
          matchExpressions:
          - key: instance-type
            operator: In
            values:
            - c5.large
  containers:
  - name: app
    image: nginx:1.21

注意： 软策略的权重是 相对值，调度器会计算每个候选节点的总得分（所有匹配的软策略权重之和），得分最高的节点被选中。如果多个节点得分相同，调度器会随机选择一个。

4.4 权重配置与调度决策流程

当同时使用多个软策略时，权重决定了调度器的偏好优先级。下面的SVG图展示了调度器如何综合硬策略和软策略做出最终决策。

4.5 多策略组合实战

在实际生产环境中，硬策略和软策略经常组合使用。例如：要求Pod必须运行在SSD节点上（硬策略），同时优先选择低负载的节点（软策略）。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: production-app
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: disk-type
            operator: In
            values:
            - ssd
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 70
        preference:
          matchExpressions:
          - key: node-load
            operator: NotIn
            values:
            - high
      - weight: 30
        preference:
          matchExpressions:
          - key: zone
            operator: In
            values:
            - zone-a
  containers:
  - name: app
    image: myapp:latest

  最佳实践：
  硬策略用于强制约束（如合规、安全、硬件要求），数量不宜过多（建议 ≤ 3 个）。
软策略用于性能优化或成本控制，权重值应体现业务优先级差异（如 80 vs 20 比 50 vs 40 更清晰）。
避免在软策略中使用 operator: Exists 或 DoesNotExist 这类宽泛条件，否则可能导致调度结果不可预测。

4.6 操作符对比与选择

操作符	含义	示例	适用场景
`In`	标签值在给定集合中	`zone In [us-east-1, us-west-2]`	多区域部署，指定可用区
`NotIn`	标签值不在给定集合中	`node-type NotIn [spot]`	排除竞价实例节点
`Exists`	节点存在该标签（不关心值）	`gpu Exists`	只要节点有GPU标签即可
`DoesNotExist`	节点不存在该标签	`maintenance DoesNotExist`	排除维护中的节点
`Gt`	标签值大于指定数值（字符串比较）	`memory Gt 32`	内存大于32GB的节点
`Lt`	标签值小于指定数值	`cpu-cores Lt 8`	CPU核心数小于8的节点

性能提示： 使用 Gt 和 Lt 操作符时，标签值会被解析为数值进行比较。如果标签值不是纯数字（如 32GB），比较结果可能不符合预期。建议在节点标签中使用纯数字表示资源量。

4.7 常见问题与排查

Pod一直Pending： 检查硬策略是否过于严格，使用 kubectl describe pod <pod-name> 查看调度事件，确认是否有 0/3 nodes are available 的提示。
软策略未生效： 确认权重值是否在 1-100 范围内，且 preference 字段下的 matchExpressions 语法正确。
标签拼写错误： 使用 kubectl get nodes --show-labels 验证节点标签的实际键值对。
多个nodeSelectorTerms的OR逻辑混淆： 记住：nodeSelectorTerms 列表项之间是 OR，matchExpressions 列表项之间是 AND。