Pod 亲和性

学习目标

理解 Pod 亲和性和反亲和性的概念
掌握 podAffinity 和 podAntiAffinity 的使用
了解 topologyKey 的作用

核心概念

一句话解释

Pod 亲和性控制 Pod 之间的调度关系：亲和性让 Pod 靠近运行，反亲和性让 Pod 分散运行。

两种类型

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Pod 亲和性类型                        │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                         │
│  podAffinity（亲和性）                                  │
│  ┌─────────────────────────────────────────┐           │
│  │  让 Pod 与其他 Pod 靠近运行             │           │
│  │  例：Web 服务与 Redis 部署在同一节点     │           │
│  └─────────────────────────────────────────┘           │
│                                                         │
│  podAntiAffinity（反亲和性）                            │
│  ┌─────────────────────────────────────────┐           │
│  │  让 Pod 远离其他 Pod 运行               │           │
│  │  例：同一服务的副本分散到不同节点        │           │
│  └─────────────────────────────────────────┘           │
│                                                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

YAML 语法

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
  labels:
    app: web
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: app
            operator: In
            values:
            - cache
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
    podAntiAffinity:
      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - weight: 100
        podAffinityTerm:
          labelSelector:
            matchExpressions:
            - key: app
              operator: In
              values:
              - web
          topologyKey: kubernetes.io/hostname
  containers:
  - name: web
    image: nginx

topologyKey 解释

topologyKey 定义"靠近"或"远离"的范围

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    topologyKey 示例                      │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                         │
│  kubernetes.io/hostname                                  │
│  ┌─────────────────────────────────────────┐           │
│  │  范围：单个节点                          │           │
│  │  应用：Pod 部署在同一节点/不同节点        │           │
│  └─────────────────────────────────────────┘           │
│                                                         │
│  topology.kubernetes.io/zone                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────┐           │
│  │  范围：同一可用区                        │           │
│  │  应用：Pod 分散到不同可用区              │           │
│  └─────────────────────────────────────────┘           │
│                                                         │
│  kubernetes.io/os                                        │
│  ┌─────────────────────────────────────────┐           │
│  │  范围：同一操作系统                      │           │
│  │  应用：OS 特定工作负载                   │           │
│  └─────────────────────────────────────────┘           │
│                                                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

亲和性示例

# 示例：Web 服务靠近 Redis 运行
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - redis
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: web
        image: nginx

反亲和性示例

# 示例：同一服务的副本分散到不同节点
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-ha
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: web
        image: nginx

调度流程示例

场景：3 个 web 副本，使用 podAntiAffinity 分散到不同节点

现有集群：
┌─────────┬─────────┬─────────┐
│  Node1  │  Node2  │  Node3  │
│         │         │         │
└─────────┴─────────┴─────────┘

调度过程：
1. web-pod-1 → Node1（无反亲和性限制）
2. web-pod-2 → 检查反亲和性
   - Node1: 有 app=web 的 Pod，不满足
   - Node2: 无 app=web 的 Pod，满足 → 调度到 Node2
3. web-pod-3 → 检查反亲和性
   - Node1: 有 app=web 的 Pod，不满足
   - Node2: 有 app=web 的 Pod，不满足
   - Node3: 无 app=web 的 Pod，满足 → 调度到 Node3

结果：
┌─────────┬─────────┬─────────┐
│  Node1  │  Node2  │  Node3  │
│ web-1   │ web-2   │ web-3   │
└─────────┴─────────┴─────────┘

操作符和表达式

# 使用 matchLabels（简单匹配）
podAffinity:
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
  - labelSelector:
      matchLabels:
        app: redis
    topologyKey: kubernetes.io/hostname

# 使用 matchExpressions（复杂匹配）
podAffinity:
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
  - labelSelector:
      matchExpressions:
      - key: app
        operator: In
        values:
        - redis
        - memcached
      - key: version
        operator: NotIn
        values:
        - v1
    topologyKey: kubernetes.io/hostname

实践练习

练习 1：Pod 亲和性

# 创建 Redis 部署
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: redis
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
      - name: redis
        image: redis
---
# 创建靠近 Redis 的 Web 部署
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-near-redis
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - redis
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: web
        image: nginx

# 部署并验证
kubectl apply -f pod-affinity.yaml
kubectl get pods -o wide
# web-near-redis 的 Pod 应该与 redis 在同一节点

练习 2：Pod 反亲和性（高可用）

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

练习 3：跨可用区反亲和性

# pod-antiaffinity-zone.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-multi-zone
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - web
              topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
      containers:
      - name: web
        image: nginx

练习 4：组合亲和性和反亲和性

# pod-affinity-combined.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      affinity:
        # 靠近缓存服务
        podAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 80
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - cache
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
        # 分散到不同节点
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - web
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
      containers:
      - name: web
        image: nginx

常见使用场景

1. 高可用部署
   - 使用 podAntiAffinity 将副本分散到不同节点/可用区
   - 避免单点故障

2. 数据本地化
   - 使用 podAffinity 让应用靠近数据源
   - 减少网络延迟

3. 微服务协作
   - 相关服务部署在同一节点/可用区
   - 提高通信效率

4. 资源隔离
   - 不同租户的工作负载分散到不同节点
   - 使用 podAntiAffinity 实现隔离

小结

要点	说明
podAffinity	让 Pod 靠近其他 Pod 运行
podAntiAffinity	让 Pod 远离其他 Pod 运行
topologyKey	定义靠近/远离的范围
required	硬性要求，必须满足
preferred	软性偏好，尽量满足
使用场景	高可用、数据本地化、资源隔离

练习编辑器

bash

Pod 亲和性

学习目标

核心概念

一句话解释

两种类型

YAML 语法

topologyKey 解释

亲和性示例

反亲和性示例

调度流程示例

操作符和表达式

实践练习

练习 1：Pod 亲和性

练习 2：Pod 反亲和性（高可用）

练习 3：跨可用区反亲和性

练习 4：组合亲和性和反亲和性

常见使用场景

小结

练习编辑器

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