Batasan Persebaran Topologi Pod

Kamu dapat menggunakan batasan perseberan topologi (topology spread constraints) untuk mengatur bagaimana Pod akan disebarkan pada klaster yang ditetapkan sebagai failure-domains, seperti wilayah, zona, Node dan domain topologi yang ditentukan oleh pengguna. Ini akan membantu untuk mencapai ketersediaan yang tinggi dan juga penggunaan sumber daya yang efisien.

Persyaratan

Mengaktifkan Gerbang Fitur

Gerbang fitur (feature gate) EvenPodsSpread harus diaktifkan untuk API Server dan penjadwal (_scheduler_).

Label Node

Batasan persebaran topologi bergantung dengan label pada Node untuk menentukan domain topologi yang memenuhi untuk semua Node. Misalnya saja, sebuah Node bisa memiliki label sebagai berikut: node=node1,zone=us-east-1a,region=us-east-1

Misalkan kamu memiliki klaster dengan 4 Node dengan label sebagai berikut:

NAME    STATUS   ROLES    AGE     VERSION   LABELS
node1   Ready    <none>   4m26s   v1.16.0   node=node1,zone=zoneA
node2   Ready    <none>   3m58s   v1.16.0   node=node2,zone=zoneA
node3   Ready    <none>   3m17s   v1.16.0   node=node3,zone=zoneB
node4   Ready    <none>   2m43s   v1.16.0   node=node4,zone=zoneB

Maka klaster tersebut secara logika akan dilihat sebagai berikut:

+---------------+---------------+
|     zoneA     |     zoneB     |
+-------+-------+-------+-------+
| node1 | node2 | node3 | node4 |
+-------+-------+-------+-------+

Tanpa harus memberi label secara manual, kamu dapat menggunakan [label ternama] (/docs/reference/kubernetes-api/labels-annotations-taints/) yang terbuat dan terkumpulkan secara otomatis pada kebanyakan klaster.

Batasan Persebaran untuk Pod

API

Field pod.spec.topologySpreadConstraints diperkenalkan pada versi 1.16 sebagai berikut:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  topologySpreadConstraints:
  - maxSkew: <integer>
    minDomains: <integer>
    topologyKey: <string>
    whenUnsatisfiable: <string>
    labelSelector: <object>

Kamu dapat mendefinisikan satu atau lebih topologySpreadConstraint untuk menginstruksikan kube-scheduler mengenai cara peletakan tiap Pod baru dengan menggunakan kondisi Pod yang sudah ada dalam klaster kamu. Field yang ada adalah:

• maxSkew menentukan batasan yang menandakan Pod tidak tersebar secara merata. Ini merupakan nilai maksimal dari selisih jumlah Pod yang sama untuk setiap 2 domain topologi yang sama. Nilai ini harus lebih dari 0.
• topologyKey adalah kunci dari label Node. Jika terdapat dua Node memiliki label dengan kunci ini dan memiliki nilai yang identik untuk label tersebut, maka penjadwal akan menganggap kedua Noode dalam topologi yang sama. Penjadwal akan mencoba untuk menyeimbangkan jumlah Pod dalam setiap domain topologi.
• whenUnsatisfiable mengindikasikan cara menangani Pod yang tidak memenuhi batasan persebaran:
  • DoNotSchedule (default) memberitahukan penjadwal untuk tidak menjadwalkan Pod tersebut.
  • ScheduleAnyway memberitahukan penjadwal untuk tetap menjadwalkan Pod namun tetap menjaga ketidakseimbangan Node sekecil mungkin.
• labelSelector digunakan untuk mencari Pod yang sesuai. Pod dengan label yang sama dengan ini akan dihitung untuk menentukan jumlah Pod dalam domain topologi yang sesuai. Silakan baca Label dan Selector untuk lebih detailnya.

Kamu juga bisa membaca lebih detail mengenai field ini dengan menjalankan perintah kubectl explain Pod.spec.topologySpreadConstraints.

Contoh: Satu TopologySpreadConstraint

Misalkan kamu memiliki klaster dengan 4 Node dimana 3 Pod berlabel foo:bar terdapat pada node1, node2 dan node3 (P merepresentasikan Pod):

+---------------+---------------+
|     zoneA     |     zoneB     |
+-------+-------+-------+-------+
| node1 | node2 | node3 | node4 |
+-------+-------+-------+-------+
|   P   |   P   |   P   |       |
+-------+-------+-------+-------+

Jika kita ingin Pod baru akan disebar secara merata berdasarkan Pod yang telah ada pada semua zona, maka spec bernilai sebagai berikut:

pods/topology-spread-constraints/one-constraint.yaml

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: mypod
  labels:
    foo: bar
spec:
  topologySpreadConstraints:
  - maxSkew: 1
    topologyKey: zone
    whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
    labelSelector:
      matchLabels:
        foo: bar
  containers:
  - name: pause
    image: registry.k8s.io/pause:3.1

topologyKey: zone berarti persebaran merata hanya akan digunakan pada Node dengan pasangan label "zone: ". whenUnsatisfiable: DoNotSchedule memberitahukan penjadwal untuk membiarkan tetap ditunda jika Pod yang baru tidak memenuhi batasan yang diterapkan.

Jika penjadwal menempatkan Pod baru pada "zoneA", persebaran Pod akan menjadi [3, 1], menjadikan ketidakseimbangan menjadi bernilai 2 (3 - 1), yang mana akan melanggar batasan maxSkew: 1. Dalam contoh ini, Pod baru hanya dapat ditempatkan pada "zoneB":

+---------------+---------------+      +---------------+---------------+
|     zoneA     |     zoneB     |      |     zoneA     |     zoneB     |
+-------+-------+-------+-------+      +-------+-------+-------+-------+
| node1 | node2 | node3 | node4 |  OR  | node1 | node2 | node3 | node4 |
+-------+-------+-------+-------+      +-------+-------+-------+-------+
|   P   |   P   |   P   |   P   |      |   P   |   P   |  P P  |       |
+-------+-------+-------+-------+      +-------+-------+-------+-------+

Kamu dapat mengatur spesifikasi Pod untuk memenuhi beberapa persyaratan berikut:

• Ubah nilai maxSkew menjadi lebih besar, misal "2", sehingga Pod baru dapat ditempatkan pada "zoneA".
• Ubah nilai topologyKey menjadi "node" agar Pod disebarkan secara merata pada semua Node, bukan zona. Pada contoh di atas, jika maxSkew tetap bernilai "1", maka Pod baru hanya akan ditempatkan pada "node4".
• Ubah nilai whenUnsatisfiable: DoNotSchedule menjadi whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway untuk menjamin agar semua Pod baru akan tetap dijadwalkan (misalkan saja API penjadwalan lain tetap terpenuhi). Namun, ini lebih suka ditempatkan pada domain topologi yang memiliki lebih sedikit Pod yang sesuai. (Harap diperhatikan bahwa preferensi ini digabungkan bersama dengan prioritas penjadwalan internal yang lain, seperti rasio penggunaan sumber daya, dan lain sebagainya.)

Contoh: Beberapa TopologySpreadConstraint

Ini dibuat berdasarkan contoh sebelumnya. Misalkan kamu memiliki klaster dengan 4 Node dengan 3 Pod berlabel foo:bar yang ditempatkan pada node1, node2 dan node3. (P merepresentasikan Pod):

+---------------+---------------+
|     zoneA     |     zoneB     |
+-------+-------+-------+-------+
| node1 | node2 | node3 | node4 |
+-------+-------+-------+-------+
|   P   |   P   |   P   |       |
+-------+-------+-------+-------+

Kamu dapat menggunakan 2 TopologySpreadConstraint untuk mengatur persebaran Pod pada zona dan Node:

pods/topology-spread-constraints/two-constraints.yaml

kind: Pod
apiVersion: v1
metadata:
  name: mypod
  labels:
    foo: bar
spec:
  topologySpreadConstraints:
  - maxSkew: 1
    topologyKey: zone
    whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
    labelSelector:
      matchLabels:
        foo: bar
  - maxSkew: 1
    topologyKey: node
    whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
    labelSelector:
      matchLabels:
        foo: bar
  containers:
  - name: pause
    image: registry.k8s.io/pause:3.1

Dalam contoh ini, untuk memenuhi batasan pertama, Pod yang baru hanya akan ditempatkan pada "zoneB", sedangkan untuk batasan kedua, Pod yang baru hanya akan ditempatkan pada "node4". Maka hasil dari 2 batasan ini akan digunakan (AND), sehingga opsi untuk menempatkan Pod hanya pada "node4".

Beberapa batasan dapat berujung pada konflik. Misalnya saja kamu memiliki klaster dengan 3 Node pada 2 zona berbeda:

+---------------+-------+
|     zoneA     | zoneB |
+-------+-------+-------+
| node1 | node2 | node3 |
+-------+-------+-------+
|  P P  |   P   |  P P  |
+-------+-------+-------+

Jika kamu menerapkan "two-constraints.yaml" pada klaster ini, kamu akan mendapatkan "mypod" tetap dalam kondisi Pending. Ini dikarenakan oleh: untuk memenuhi batasan pertama, "mypod" hanya dapat ditempatkan pada "zoneB", sedangkan untuk batasan kedua, "mypod" hanya dapat ditempatkan pada "node2". Tidak ada hasil penggabungan dari "zoneB" dan "node2".

Untuk mengatasi situasi ini, kamu bisa menambahkan nilai maxSkew atau mengubah salah satu dari batasan untuk menggunakan whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway.

Konvensi

Ada beberapa konvensi implisit yang perlu diperhatikan di sini:

• Hanya Pod dengan Namespace yang sama dengan Pod baru yang bisa menjadi kandidat yang cocok.

• Node tanpa memiliki topologySpreadConstraints[*].topologyKey akan dilewatkan. Ini berarti:

  1. Pod yang ditempatkan pada Node tersebut tidak berpengaruh pada perhitungan maxSkew. Dalam contoh di atas, misalkan "node1" tidak memiliki label "zone", maka kedua Pod tidak diperhitungkan dan menyebabkan Pod yang baru akan dijadwalkan masuk ke "zoneA".
  2. Pod yang baru tidak memiliki kesempatan untuk dijadwalkan ke Node tersebut, pada contoh di atas, misalkan terdapat "node5" dengan label {zone-typo: zoneC} bergabung dalam klaster, Node ini akan dilewatkan karena tidak memiliki label dengan kunci "zone".

• Harap diperhatikan mengenai hal yang terjadi jika nilai topologySpreadConstraints[*].labelSelector pada Pod yang baru tidak sesuai dengan labelnya. Pada contoh di atas, jika kita menghapus label pada Pod yang baru, maka Pod akan tetap ditempatkan pada "zoneB" karena batasan yang ada masih terpenuhi. Namun, setelah ditempatkan, nilai ketidakseimbangan pada klaster masih tetap tidak berubah, zoneA tetap memiliki 2 Pod dengan label {foo:bar} dan zoneB memiliki 1 Pod dengan label {foo:bar}. Jadi jika ini tidak yang kamu harapkan, kami menyarankan nilai dari topologySpreadConstraints[*].labelSelector disamakan dengan labelnya.

• Jika Pod yang baru memiliki spec.nodeSelector atau spec.affinity.nodeAffinity, Node yang tidak sesuai dengan nilai tersebut akan dilewatkan.

  Misalkan kamu memiliki klaster dengan 5 Node dari zoneA sampai zoneC:

  +---------------+---------------+-------+
  |     zoneA     |     zoneB     | zoneC |
  +-------+-------+-------+-------+-------+
  | node1 | node2 | node3 | node4 | node5 |
  +-------+-------+-------+-------+-------+
  |   P   |   P   |   P   |       |       |
  +-------+-------+-------+-------+-------+
  

  dan kamu mengetahui bahwa "zoneC" harus tidak diperhitungkan. Dalam kasus ini, kamu dapat membuat berkas yaml seperti di bawah, jadi "mypod" akan ditempatkan pada "zoneB", bukan "zoneC". Demikian juga spec.nodeSelector akan digunakan.

  pods/topology-spread-constraints/one-constraint-with-nodeaffinity.yaml

  kind: Pod
    apiVersion: v1
    metadata:
      name: mypod
      labels:
        foo: bar
    spec:
      topologySpreadConstraints:
      - maxSkew: 1
        topologyKey: zone
        whenUnsatisfiable: DoNotSchedule
        labelSelector:
          matchLabels:
            foo: bar
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: zone
                operator: NotIn
                values:
                - zoneC
      containers:
      - name: pause
        image: registry.k8s.io/pause:3.1

Batasan default pada tingkat klaster

Ini memungkinkan untuk mengatur batasan persebaran topologi bawaan untuk klaster. Batasan persebaran topologi bawaan akan digunakan pada Pod jika dan hanya jika:

• Hal ini tidak mendefinisikan batasan apapun pada .spec.topologySpreadConstraints.
• Hal ini milik sebuah Service, ReplicationController, ReplicaSet atau StatefulSet.

Batasan bawaan akan diatur sebagai bagian dari argumen pada plugin PodTopologySpread di dalam sebuah profil penjadwalan. Batasan dispesifikasikan dengan API yang sama dengan di atas, kecuali bagian labelSelector harus kosong. selector akan dihitung dari Service, ReplicationController, ReplicaSet atau StatefulSet yang dimiliki oleh Pod tersebut.

Sebuah contoh konfigurasi sebagai berikut:

apiVersion: kubescheduler.config.k8s.io/v1alpha2
kind: KubeSchedulerConfiguration

profiles:
  - pluginConfig:
      - name: PodTopologySpread
        args:
          defaultConstraints:
            - maxSkew: 1
              topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
              whenUnsatisfiable: ScheduleAnyway

Perbandingan dengan PodAffinity/PodAntiAffinity

Di Kubernetes, arahan yang terkait dengan "Afinitas" mengontrol bagaimana Pod dijadwalkan - lebih terkumpul atau lebih tersebar.

• Untuk PodAffinity, kamu dapat mencoba mengumpulkan beberapa Pod ke dalam suatu domain topologi yang memenuhi syarat.
• Untuk PodAntiAffinity, hanya satu Pod yang dalam dijadwalkan pada sebuah domain topologi.

Fitur "EvenPodsSpread" memberikan opsi fleksibilas untuk mendistribusikan Pod secara merata pada domain topologi yang berbeda, untuk meraih ketersediaan yang tinggi atau menghemat biaya. Ini juga dapat membantu saat perbaruan bergilir dan menaikan jumlah replika dengan lancar. Silakan baca motivasi untuk lebih detail.

Limitasi yang diketahui

Pada versi 1.18, dimana fitur ini masih Beta, beberapa limitasi yang sudah diketahui:

• Pengurangan jumlah Deployment akan membuat ketidakseimbangan pada persebaran Pod.
• Pod yang cocok pada tainted Node akan dihargai. Lihat Issue 80921