Kubernetes Pod亲和性[编辑 | 编辑源代码]

Pod亲和性（Pod Affinity）是Kubernetes中一种用于控制Pod调度行为的机制，允许用户指定Pod应该运行在哪些节点上，或者与其他Pod共同调度在同一节点或同一拓扑域（如机架、可用区等）。Pod亲和性分为两种类型：

Pod亲和性（Pod Affinity）：使Pod倾向于与其他Pod运行在同一位置。
Pod反亲和性（Pod Anti-Affinity）：使Pod避免与其他Pod运行在同一位置。

Pod亲和性通常用于优化资源利用率、提高性能或增强高可用性。

基本概念[编辑 | 编辑源代码]

Pod亲和性通过定义规则来影响调度器决策，规则可以基于：

标签选择器（Label Selector）：匹配具有特定标签的Pod。
拓扑域（Topology Key）：定义调度的范围（如节点、机架、可用区等）。

亲和性规则类型[编辑 | 编辑源代码]

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：调度时必须满足的硬性规则，如果无法满足，Pod将不会被调度。
preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution：调度时优先考虑的软性规则，如果无法满足，Pod仍会被调度。

语法与配置[编辑 | 编辑源代码]

Pod亲和性在Pod或Deployment的`spec.affinity.podAffinity`或`spec.affinity.podAntiAffinity`字段中定义。以下是一个示例：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: web-server
  labels:
    app: web
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - cache
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
  containers:
  - name: web
    image: nginx

参数说明[编辑 | 编辑源代码]

labelSelector：匹配目标Pod的标签。
topologyKey：定义调度的拓扑域（如`kubernetes.io/hostname`表示同一节点）。
operator：支持`In`、`NotIn`、`Exists`、`DoesNotExist`等操作符。

示例场景[编辑 | 编辑源代码]

场景1：Pod亲和性（共同调度）[编辑 | 编辑源代码]

假设有一个Web应用和一个缓存服务，希望它们运行在同一节点以减少网络延迟：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchLabels:
                app: cache
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: web
        image: nginx

场景2：Pod反亲和性（高可用）[编辑 | 编辑源代码]

确保同一应用的多个副本不会运行在同一节点：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis-ha
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchLabels:
                app: redis
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: redis
        image: redis

高级用法[编辑 | 编辑源代码]

权重偏好（Weighted Preferences）[编辑 | 编辑源代码]

在`preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution`中，可以为规则分配权重（1-100），调度器会优先选择权重高的规则：

spec:
  affinity:
    podAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 80
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchLabels:
              app: cache
          topologyKey: kubernetes.io/hostname

多拓扑域规则[编辑 | 编辑源代码]

可以同时指定多个拓扑域，如节点和可用区：

spec:
  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchLabels:
            app: db
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone

实际案例[编辑 | 编辑源代码]

案例：微服务部署优化[编辑 | 编辑源代码]

假设一个电商平台需要：

将订单服务（`order-service`）和库存服务（`inventory-service`）部署在同一节点以减少延迟。
避免两个订单服务副本运行在同一节点以提高可用性。

配置如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: order-service
spec:
  replicas: 3
  template:
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchLabels:
                app: inventory-service
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchLabels:
                app: order-service
            topologyKey: kubernetes.io/hostname

可视化调度逻辑[编辑 | 编辑源代码]

数学表达[编辑 | 编辑源代码]

亲和性调度可以形式化为一个优化问题： $\max \sum_{i = 1}^{n} w_{i} \cdot f_{i} (x)$ 其中：

$w_{i}$ 是规则权重，
$f_{i} (x)$ 是规则匹配函数。

总结[编辑 | 编辑源代码]

Pod亲和性是Kubernetes中强大的调度工具，适用于：

性能优化（如减少网络延迟）。
高可用性（如分散副本）。
资源利用率优化（如共享GPU节点）。

通过合理配置亲和性和反亲和性规则，可以显著提升集群的稳定性和效率。