Kubernetes 作為現代應用程序的主要編排工具，能夠幫助開發者和運維團隊高效地管理和調度容器化工作負載。為了確保集群的資源分配和管理更加靈活、穩定，Kubernetes 提供了一系列調度機制。

本章節將深入介紹這些核心概念及其相關功能，幫助你更好地理解 Kubernetes 的調度機制。或許有些艱深難懂，但它們真的很重要，建議耐心看下去。

Kubernetes 調度概念

Kubernetes 為了實現高效且可靠的資源管理，主要使用以下三種機制：

1. 調度（Scheduling）：由 kube-scheduler 負責，根據 Pod 的資源需求和節點狀況，將 Pod 調度到最合適的節點上。調度過程包括資源過濾、節點打分和最終的節點選擇。
2. 搶占（Preemption）：當高優先級的 Pod 無法找到合適的節點時，kube-scheduler 可以搶占低優先級的 Pod，將其從節點上移除，以釋放資源給高優先級的 Pod 使用。
3. 驅逐（Eviction）：由 kubelet 和 kube-controller-manager 負責，當節點資源不足（如內存或磁盤空間壓力）或節點健康狀況異常時，kubelet 會觸發 Pod 的驅逐操作，以釋放資源。當節點宕機或不可用時，kube-controller-manager 也會根據策略進行 Pod 的驅逐。

kube-scheduler 調度流程

kube-scheduler 的主要作用是根據特定的調度算法和策略，將 Pod 調度到合適的節點上。它持續監聽 API 服務，獲取尚未分配節點的 Pod，並為每個 Pod 建立一個綁定（binding）。默認情況下，調度器能夠滿足大多數需求，確保 Pod 被分配到資源充足的節點上運行。

然而，在生產環境中，我們可能需要更精細的控制。例如，希望某個 Pod 只能運行在特定的節點上，或者某些節點只能運行特定類型的應用。為此，Kubernetes 提供了豐富的調度策略和機制，讓我們可以靈活地控制 Pod 的調度。

在實際的生產環境中，需要考慮的問題包括：

• 如何保證節點調度的公平性，特別是在節點資源配置不均衡的情況下？
• 如何確保每個節點都能被合理地分配資源，以實現資源的高效利用？
• 如何最大化地利用集群資源，同時保證調度的性能和效率？
• 使用者是否可以根據實際需求定制調度策略？

常用的調度功能

為了滿足不同的調度需求，Kubernetes 提供了多種調度功能：

1. 資源請求和限制（Resource Requests and Limits）

Kubernetes 支持為 Pod 配置 CPU 和內存等資源的請求和限制。調度器根據這些配置，確定 Pod 應該被調度到哪些有足夠資源的節點上。

resources:
  requests:
    memory: "64Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "128Mi"
    cpu: "500m"

2. 節點親和性和反親和性（Node Affinity and Anti-affinity）

Node 親和性允許用戶指定 Pod 對某些節點的偏好，反親和性則避免 Pod 被調度到特定的節點上。這有助於控制 Pod 的部署位置，確保應用運行在最適合的環境中。

affinity:
  nodeAffinity:
    requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      nodeSelectorTerms:
      - matchExpressions:
        - key: disktype
          operator: In
          values:
          - ssd

3. Taints 和 Tolerations

Taints 允許在節點上設置標記，阻止不符合要求的 Pod 被調度到這些節點。Tolerations 則使 Pod 能夠“容忍”這些 Taints，從而被調度到相應的節點。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  tolerations:
  - key: "key1"
    operator: "Equal"
    value: "value1"
    effect: "NoSchedule"

4. Pod 優先級（Pod Priority）

PriorityClass 是一種資源，允許定義 Pod 的優先級。當高優先級的 Pod 無法被調度時，可以搶占低優先級的 Pod 所佔用的資源，確保關鍵應用得到優先處理。

apiVersion: scheduling.k8s.io/v1
kind: PriorityClass
metadata:
  name: high-priority
value: 1000
globalDefault: false
description: "This priority class is for high-priority Pods."

5. 拓撲分佈約束（Topology Spread Constraints）

TopologySpreadConstraints 控制 Pod 在集群中的分佈方式，防止 Pod 過度集中在某些節點或區域，從而提高應用的高可用性和容錯性。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
spec:
  replicas: 5
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp-container
        image: nginx
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
        whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
        labelSelector:
          matchLabels:
            app: myapp

6. Pod 中斷預算（Pod Disruption Budget, PDB）

PDB 用於確保在進行 Pod 驅逐（例如節點維護或升級）時，保持應用程序的可用性。PDB 指定了在任何時刻應保持運行的最少 Pod 數量或允許中斷的最大 Pod 數量。

apiVersion: policy/v1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  name: my-pdb
spec:
  minAvailable: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp

小結

通過合理利用這些調度功能，使 Kubernetes 能夠靈活應對不同工作負載的需求。使用者也可以確保集群資源被高效利用，同時滿足業務需求，保持應用的穩定和高可用。

在接下來的章節中，我們將實作上述提到的調度功能，以便能更清晰地理解這些概念。