如何实现ECI Pod可用区打散以及亲和调度 - 弹性容器实例

高可用以及高性能是分布式任务执行过程中的重要要求。在ACK Pro版集群或ACK Serverless集群Pro版中，您可以通过Kubernetes原生调度语义实现分布式任务的跨可用区打散，以达到高可用区部署的要求，或者通过Kubernetes原生调度语义实现分布式任务在指定可用区中的亲和性部署，以达到高性能部署的要求。本文介绍如何实现ECI Pod可用区打散或亲和调度。

背景信息

在某些情况下，您可能需要将Pod分散部署到多个不同的可用区，或者部署到某个指定可用区，以实现高可用或者高性能的需求。此时，您可以通过Kubernetes原生调度语义中的Pod拓扑分布约束（topologySpreadConstraints）、节点亲和性（nodeAffinity）和Pod亲和性（podAffinity）来实现。

重要

仅当Pod中带有nodeAffinity、podAffinity、topologySpreadConstraints字段或存在匹配的ResourcePolicy时才会启用可用区打散或亲和调度。

更多信息，请参见Kubernetes官方文档：

前提条件

已有ACK Pro版集群或ACK Serverless集群Pro版，并且满足以下要求：
- 集群版本为1.22及以上。
- 集群中的ACK Virtual Node组件版本为v2.10.0及以上。
- 集群中的kube-scheduler组件版本为5.9及以上，并且已开启虚拟节点调度功能。更多信息，请参见开启集群虚拟节点调度策略。
已在eci-profile中配置多个期望调度的目标可用区（即配置多个交换机）。具体操作，请参见多可用区创建Pod。

使用限制

目前仅支持设置topologyKey为topology.kubernetes.io/zone的用法。
不支持设置ECI Pod的交换机顺序。
如果ECI Pod通过k8s.aliyun.com/eci-schedule-strategy: "VSwitchOrdered"的Annotation声明了多可用区调度策略为按照交换机的指定顺序，该功能将被自动禁用。
不支持设置ECI Pod的故障处理策略为fail-fast。
如果ECI Pod通过k8s.aliyun.com/eci-fail-strategy: "fail-fast"的Annotation设置了Pod故障处理策略为fail-fast，该功能将被自动禁用。

配置示例

下文将在1.22版本的ACK Serverless集群Pro版本集群中演示ECI Pod可用区打散和亲和调度功能。

示例一：通过topologySpreadConstraints实现可用区打散

说明

以下为一个配置了拓扑打散约束的示例。默认情况下，Scheduler会将所有Pod均匀调度到所有可用区上，但并不会考虑Pod的生产结果。更多信息，请参见ECI严格拓扑打散功能介绍。

在工作负载申明中增加拓扑分布约束。

Pod的Spec字段中或Deployment、Job等工作负载的PodTemplate的Spec字段中，可以通过以下方式申明一个拓扑分布约束。

  topologySpreadConstraints:
    - maxSkew: <integer>
      minDomains: <integer> # 可选，从v1.25开始成为Beta。
      topologyKey: <string>
      whenUnsatisfiable: <string>
      labelSelector: <object>
      matchLabelKeys: <list> # 可选，从v1.27开始成为Beta。
      nodeAffinityPolicy: [Honor|Ignore] # 可选，从v1.26开始成为Beta。
      nodeTaintsPolicy: [Honor|Ignore] # 可选，从v1.26开始成为Beta。

本示例将创建一个在多个可用区上均匀分布的Deployment。关于参数的详细信息，请参见topologySpreadConstraints字段。以下为该Deployment的YAML文件。

展开查看YAML文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: with-pod-topology-spread
  labels:
    app: with-pod-topology-spread
spec:
  replicas: 10
  selector:
    matchLabels:
      app: with-pod-topology-spread
  template:
    metadata:
      labels:
        app: with-pod-topology-spread
    spec:
      topologySpreadConstraints:
        - maxSkew: 1
          topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
          whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
          labelSelector:
            matchLabels:
              app: with-pod-topology-spread
      containers:
      - name: with-pod-topology-spread
        image: registry.k8s.io/pause:2.0
        resources:
          requests:
            cpu: "1"
            memory: "256Mi"

创建工作负载。
将上面的代码保存为deployment.yaml，并执行以下命令将Deployment提交到集群中。
```
kubectl apply -f deployment.yaml
```

验证工作负载调度结果。

通过以下命令查看生产出的Pod所在的节点。

kubectl get po -lapp=with-pod-topology-spread -ocustom-columns=NAME:.metadata.name,NODE:.spec.nodeName --no-headers | grep -v "<none>"

通过以下命令查看生产出的Pod在各个可用区中的数量。

kubectl get po -lapp=with-pod-topology-spread -ocustom-columns=NODE:.spec.nodeName --no-headers | grep -v "<none>" | xargs -I {} kubectl get no {} -ojson | jq '.metadata.labels["topology.kubernetes.io/zone"]' | sort | uniq -c

示例二：通过nodeAffinity和podAffinity实现可用区亲和

在工作负载申明中增加亲和性约束。

本示例将创建在单个可用区上聚集分布的Deployment。关于参数的详细信息，请参见节点亲和性。以下为该Deployment的YAML文件。

展开查看YAML文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: with-affinity
  labels:
    app: with-affinity
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: with-affinity
  template:
    metadata:
      labels:
        app: with-affinity
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - with-affinity
            topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
      containers:
      - name: with-affinity
        image: registry.k8s.io/pause:2.0

若您希望指定可用区进行部署，可以将示例中的podAffinity删去，在nodeAffinity添加如下约束。下方约束表明Pod必须在可用区cn-beijing-a上进行部署。

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
  nodeSelectorTerms:
  - matchExpressions:
    - key: topology.kubernetes.io/zone
      operator: In
      values:
      - cn-beijing-a

以下为nodeAffinity的完整示例，表明Pod必须在可用区cn-beijing-a上进行部署。

展开查看YAML详情

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: with-affinity
  labels:
    app: with-affinity
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: with-affinity
  template:
    metadata:
      labels:
        app: with-affinity
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: topology.kubernetes.io/zone
                operator: In
                values:
                - cn-beijing-a
      containers:
      - name: with-affinity
        image: registry.k8s.io/pause:2.0

创建工作负载。
将上面的代码保存为deployment.yaml，并执行以下命令将Deployment提交到集群中。
```
kubectl apply -f deployment.yaml
```

验证工作负载调度结果。

通过以下命令查看生产出的Pod所在的节点。

kubectl get po -lapp=with-affinity -ocustom-columns=NAME:.metadata.name,NODE:.spec.nodeName --no-headers | grep -v "<none>"

通过以下命令查看生产出的Pod在各个可用区中的数量。

kubectl get po -lapp=with-affinity -ocustom-columns=NODE:.spec.nodeName --no-headers | grep -v "<none>" | xargs -I {} kubectl get no {} -ojson | jq '.metadata.labels["topology.kubernetes.io/zone"]' | sort | uniq -c

ECI严格拓扑打散功能介绍

在保持默认状态不变的情况下，当配置了强制打散约束时，Scheduler会将所有Pod均匀放置到所有可用区上，但并不考虑ECI Pod的生产结果。如下图所示，假设将打散功能的maxSkew设置为1。关于maxSkew，请参见maxSkew。

此时若可用区B和C中生产ECI Pod失败，则可用区A上会放置2个ECI Pod，其他两个可用区没有ECI Pod，从而破坏打散功能的maxSkew约束。

当严格拓扑打散功能开启后，在ACK Serverless集群Pro版中，调度器将严格保证Pod的强制打散需求得到满足。Scheduler会在可用区A、B、C上各放置1个Pod，剩下的Pod将处于Pending状态，等待现有Pod生产，如下图所示。

当PodA1生产成功后，Pending状态的Pod将继续Pending，这是由于可用区B以及可用区C上的ECI Pod仍然可能生产失败，Pod放置于任意可用区仍然可能导致生产结束后破坏maxSkew约束。当PodB1生产成功后，Scheduler将会放置一个Pod在可用区C。如下图所示，其中绿色背景的Pod为生产完成的Pod。

若您不需要严格拓扑打散功能，请将拓扑打散约束中的调度条件whenUnsatisfiable设置为ScheduleAnyway。详细信息，请参见分布约束定义。