调度策略基础：节点选择与亲和性/反亲和性

Kubernetes 调度器负责将 Pod 分配到合适的节点上。默认调度器基于资源请求（Requests）和可用资源进行打分与选择，但在实际业务中，我们往往需要更精细的控制：将 Pod 调度到特定硬件（如 GPU 节点）、将高流量 Pod 分散到不同节点、或将相关服务部署在同一台机器上以减少网络延迟。Kubernetes 提供了三种核心调度约束机制：nodeSelector、节点亲和性（nodeAffinity） 以及 Pod 亲和性/反亲和性（podAffinity / podAntiAffinity）。

1. nodeSelector：最简单的节点选择

nodeSelector 是 Kubernetes 中最直接、最古老的节点选择方式。它通过 Pod 定义中的 spec.nodeSelector 字段，要求 Pod 只能调度到包含指定标签（Label）的节点上。

工作原理：

• 运维人员预先为节点打上标签（如 disktype=ssd、region=us-east）。
• Pod 的 YAML 中声明 nodeSelector，键值必须完全匹配节点标签。
• 调度器在过滤阶段（Predicates）直接剔除不满足标签条件的节点。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: gpu-pod
spec:
  nodeSelector:
    gpu: "true"          # 节点必须包含 gpu=true 标签
  containers:
  - name: cuda-container
    image: nvidia/cuda:12.0

2. nodeAffinity：增强的节点选择

nodeAffinity 是 nodeSelector 的升级版，属于节点亲和性（Node Affinity）功能。它提供了更丰富的匹配操作符（In、NotIn、Exists、DoesNotExist、Gt、Lt），并支持硬约束（required）和软偏好（preferred）两种语义。

两种类型：

• requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：硬约束。调度时必须满足，否则 Pod 无法调度。节点运行时标签变化不影响已运行的 Pod。
• preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：软偏好。调度器会尽量满足，但不强制。可以设置 weight（权重，1-100）来控制优先级。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: affinity-pod
spec:
  affinity:
    nodeAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
        nodeSelectorTerms:
        - matchExpressions:
          - key: topology.kubernetes.io/zone
            operator: In
            values:
            - us-east-1a
            - us-east-1b
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 80
        preference:
          matchExpressions:
          - key: disktype
            operator: In
            values:
            - ssd
  containers:
  - name: app
    image: nginx

3. Pod 亲和性与反亲和性

节点亲和性关注的是 Pod 与节点标签的关系，而 Pod 亲和性（podAffinity）与反亲和性（podAntiAffinity）关注的是 Pod 与其他 Pod 的拓扑关系。它们基于已经运行在节点上的 Pod 的标签来决定调度位置。

核心概念：

• podAffinity：将 Pod 调度到与某些 Pod 相同的拓扑域中（例如：同一个节点、同一个可用区）。常用于将前端与后端服务部署在一起以减少延迟。
• podAntiAffinity：将 Pod 调度到与某些 Pod 不同的拓扑域中。常用于将同一服务的多个副本分散到不同节点或可用区，提高可用性。

关键参数：

• topologyKey：定义拓扑域的键。例如 kubernetes.io/hostname 表示节点级别，topology.kubernetes.io/zone 表示可用区级别。
• labelSelector：选择目标 Pod 的标签。
• namespaces：指定命名空间范围（默认是当前命名空间）。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - web
            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx

4. 三种调度策略对比总结

5. 调度策略选择决策树

在实际业务中，如何选择合适的调度策略？可以参考以下决策逻辑：

1. 是否需要绑定到特定硬件或区域？
   • 是 → 使用 nodeSelector（简单场景）或 nodeAffinity（复杂场景）。
2. 是否需要将 Pod 部署到与其他 Pod 相同的位置？
   • 是 → 使用 podAffinity，并指定 topologyKey（如 kubernetes.io/hostname 或 topology.kubernetes.io/zone）。
3. 是否需要将 Pod 副本分散开以避免单点故障？
   • 是 → 使用 podAntiAffinity，配合 requiredDuringScheduling 实现强制分散。
4. 是否需要同时满足多种约束？
   • 可以组合使用 nodeAffinity 和 podAntiAffinity，调度器会同时评估所有规则。