쿠버네티스 #24 - Pod 스케쥴링 #2 Affinity

쿠버네티스 고급 스케쥴링 기법

#2 Affinity

조대협 (http://bcho.tistory.com)

Affinity

Taint가 Pod가 배포되지 못하도록 하는 정책이라면, affinity는 Pod를 특정 Node에 배포되도록 하는 정책이다. affinity는 Node를 기준으로 하는 Node affinity와, 다른 Pod가 배포된 위치(node) 를 기준으로 하는 Pod affinity 두 가지가 있다. 

Node affinity 

Node affinity는 Pod가 특정 node로 배포되도록 하는 기능이다. 예전에 label에서 설명했던 node selector 도 node의 label과 pod의 selector label이 매칭되는 node에만 배포하도록 하기 때문에, 사실상 Node affinity와 같은 기능을 한다 

Node affinity는 Hard affinity와 Soft affinity가 있다. Node affinity는 Pod가 조건이 딱 맞는 node 에만 배포되도록 하는 기능이고, Soft affinity는 Pod가 조건에 맞는 node에 되도록(반드시가 아니라)이면 배포되도록 하는 기능이다. 앞에서 언급한 node selector는 Hard affinity에 해당한다. 

아래는 Pod 설정 YAML에서 node affinity를 적용한 예제이다. 

pod-with-node-affinity.yaml docs/concepts/configuration  

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

  name: with-node-affinity

spec:

  affinity:

    nodeAffinity:

      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

        nodeSelectorTerms:

        - matchExpressions:

          - key: kubernetes.io/e2e-az-name

            operator: In

            values:

            - e2e-az1

            - e2e-az2

      preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

      - weight: 1

        preference:

          matchExpressions:

          - key: another-node-label-key

            operator: In

            values:

            - another-node-label-value

  containers:

  - name: with-node-affinity

    image: k8s.gcr.io/pause:2.0

출처 : From : https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/#affinity-and-anti-affinity

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution는 Hard affinity 정의 이다. nodeSelectorTerms 부분에, matchExpressions을 사용하여, label set-based selector 문법을 이용하면 된다.

위의 예제는 node에 label key “kubernetes.io/e2e-az-name” 의 값이 eze-az1 이나 eze-az2 인 node를 선택하도록 하는 설정이다. 

Node affinity는 여러 affinity를 동시에 적용할 수 있는데, 위의 예제에서는 두 개의 Affinity를 정의하였다. 두번째 Affinity는 Soft affinity로, preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution: 으로 정의한다. Soft affinity는 앞서 언급한것과 같이 조건에 맞는 node로 되도록이면 배포될 수 있도록 그 node로 배포 선호도를 주는 기능이다. 이때 weight 필드를 이용해서 선호도를 조정할 수 있는데, weight은 1~100이고, node 의 soft affinity의 weight 값들을 합쳐서 그 값이 높은 node를 우선으로 고려하도록 우선 순위를 주는데 사용할 수 있다. 

특정 Node로 배포되게 하는 Affinity 설정도 있지만, 반대로 특정 Node로 배포되는 것을 피하도록 하는 AntiAffinity라는 설정도 있다. nodeAffinity 대신 nodeAntiAffinity라는 Notation을 사용하면 되고, Affinity와는 다르게 반대로, 조건에 맞는 Node를 피해서 배포하도록 되낟. 

Inter-Pod affinity

Node affinity가 node의 label을 기준으로 Pod가 배포될 node는 선택한다면, Inter pod affinity는 기존에 배포된 Pod를 기준으로 해서, 배포될 node를 결정한다. 

Pod affinity는 데이타 베이스의 Master / Slave pod 가 다른 node 에 배포되도록 하기 위해서 master pod가 배포된 node를 피해서 배포하게 한다던가. 클러스터 시스템에서 클러스터를 이루는 각각의 Pod가 다른 node에 배포도록 하는 등에 전략에 사용할 수 있다. 

Node affinity와 마찬가지로 Hard affinity와 Soft affinity가 있다. Node affinity아 마찬가지로 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 로 hard affinity를,preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution로 soft affinity를 정의한다.

Node를 선택할때 Inter pod affinity는 node affinity와 다르게 topology key 라는 것을 사용한다. 

Pod affinity는 Pod affinity에 의해서 해당 node를 선택한 후에, 그 node의 label을 하나 선택한다. 선택하는 label은 topology key로 지정하는데, 이 topology key에 매칭 되는 node 들을 배포 대상으로 선택한다. Node affinity와 마찬가지로 특정 Pod와 같이 배포되는 것을 피하는 AntiAffinity 도 있다. Pod affinity는 podAffinity라는 notation을 사용하고, Anti affinity는 PodAntiAffinity라는 Notation을 사용한다. 

개념이 복잡하기 때문에 아래 예제를 보면서 이해해보도록 하자

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: with-pod-affinity
spec:
  affinity:
    podAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchExpressions:
          - key: security
            operator: In
            values:
            - S1
        topologyKey: cloud/zone
  containers:
  - name: with-pod-affinity
    image: k8s.gcr.io/pause:2.0

출처  https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/#affinity-and-anti-affinity

와 같이 Pod 설정 파일이 있다고 했을때, 배포는 다음 그림과 같다. 

  PodAffinity에서 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 로 Hard affinity를 정의하였다. 이렇게 되면, 기존에 배포된 Pod 중에서, key가 “security”이고, value가 “S1”인, Pod1이 배포된 node인 Node 1을 기준으로 하는데, topologyKey로 정의된 cloud/zone label의 값”z1”을 기준 Node인 Node 1에서 읽어서, Node 들 중에 label이 “cloud/zone=z1” 인 Node 들만을 후보로 선택해서, Node 1, Node 2 를 배포 가능 Node 로 선택한다.

Inter-Pod affinity 예제

다른 예제를 보자. 아래 예제는 redis-cache Pod를 3개 배포하는데, 각각 다른 Node에 분산되서 배포되도록 하는 예제이다. 

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: redis-cache

spec:

  selector:

    matchLabels:

      app: store

  replicas: 3

  template:

    metadata:

      labels:

        app: store

    spec:

      affinity:

        podAntiAffinity:

          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

          - labelSelector:

              matchExpressions:

              - key: app

                operator: In

                values:

                - store

            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

      containers:

      - name: redis-server

        image: redis:3.2-alpine

출처 : https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/#affinity-and-anti-affinity

PodAntiAffinity를 사용한 예로, requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution 를 이용한 Hard affinity이다. Pod의 label이 “app=store”가 있는 Pod가 배포되어 있는 Node 중에서 topologyKey가 kubernetes.io/hostname (쿠버네티스에서 자동으로 미리 저장하는 label로 Node의 이름을 정의하는 label 이다.) 로 되어 있기 때문에, node의 kubernetes.io/hostname label 값이 이 Node와 다른 Node를 배포 타겟으로 설정한다. 즉 “app=store” 이름으로 배포된 Pod가 없는 Node에 배포하는 설정이다.

이 Redis pod는 “app=store” 라는 label을 가지고 있는 Pod이기 때문에, 이미 Node에 이 Redis Pod가 배포되어 있으면, 그 Node에는 배포되지 않기 때문에 Redis Pod가 배포되지 않은 다른 Node에 중첩되서 배포되지 않도록 해준다. 

이 상태에서 nginx 서버를 배포해보자. Nginx pod를 3개 배포하는데, 각각을  서로 다른 node에 배포하도록 하되, 대신 redis가 배포된 node에 배포하도록 하는 설정이다.  

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: web-server

spec:

  selector:

    matchLabels:

      app: web-store

  replicas: 3

  template:

    metadata:

      labels:

        app: web-store

    spec:

      affinity:

        podAntiAffinity:

          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

          - labelSelector:

              matchExpressions:

              - key: app

                operator: In

                values:

                - web-store

            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

        podAffinity:

          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:

          - labelSelector:

              matchExpressions:

              - key: app

                operator: In

                values:

                - store

            topologyKey: "kubernetes.io/hostname"

      containers:

      - name: web-app

        image: nginx:1.12-alpine

출처  https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/#affinity-and-anti-affinity

먼저 podAntiAffinity로 “app:web-store” Pod가 배포되어 있는 node를 찾은 후에, 그 Node이 kubernetes.io/hostname 를 topologyKey로 해서, 그 node들을 제외한다.

즉 “app:web-store” 라벨을 가지고 있는 Pod 들이 배포된 Node를 제외하는 설정이다. 그런데, 이 Pod는 label을 “app:web-store” 라벨을 가지도록 되어 있기 때문에, 이 Pod가 배포되어 있는 Node에 배포하지 말고, 다른 Node에 분산해서 배포하라는 내용이다.

여기에 PodAffinity로 “app:store”인 Pod가 배포되어 있는 Node에서 topologyKey로 “kubernetes.io/hostname”을 사용하였기 때문에, “app:store”인 라벨을 가지고 있는 Pod가 배포되어 있는 Node를 찾아서 배포하라는 내용이다. 다시 말해서 “app:store”인 Pod와 같은 Node에 배포하라는 의미이다. 

아래는 실행결과 인데, web-server가 각각 다른 Node에 겹치지 않고 분리되서 부탁되어 있는 것을 볼 수 있고, redis-cache Pod도 역시 서로 다른 Node에 겹치지 않게 배포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고 web-server와 redis-cache pod들은 하나씩 같은 Node에 배포된것을 확인할 수 있다. 

NAME                           READY STATUS RESTARTS AGE       IP NODE

redis-cache-1450370735-6dzlj   1/1 Running 0 8m        10.192.4.2 kube-node-3

redis-cache-1450370735-j2j96   1/1 Running 0 8m        10.192.2.2 kube-node-1

redis-cache-1450370735-z73mh   1/1 Running 0 8m        10.192.3.1 kube-node-2

web-server-1287567482-5d4dz    1/1 Running 0 7m        10.192.2.3 kube-node-1

web-server-1287567482-6f7v5    1/1 Running 0 7m        10.192.4.3 kube-node-3

web-server-1287567482-s330j    1/1 Running 0 7m        10.192.3.2 kube-node-2

출처  https://kubernetes.io/docs/concepts/configuration/assign-pod-node/#affinity-and-anti-affinity