一、基本概念

在Kubernetes中，污点（Taints）和容忍（Tolerations）是用于调度和管理节点的机制。它们允许您为集群中的节点设置特定的属性，并确保只有满足条件的Pod才会被调度到相应的节点上。

污点（Taints）是一种将特定标签附加到节点上的方式。节点上的污点可以表示各种条件，例如特定硬件要求、操作系统限制或其他自定义条件。当节点被标记上污点后，只有符合污点要求的Pod才能被调度到该节点上。

容忍（Tolerations）是Pod对象中的一个字段，用于指示Pod是否能够容忍某个节点的污点。通过在Pod规范中定义容忍规则，您可以告诉Kubernetes调度器，哪些Pod可以被调度到带有特定污点的节点上。

当一个节点被标记上污点后，只有那些在其Pod规范中具有与节点污点匹配的容忍规则的Pod才能够被调度到该节点上。如果一个Pod没有定义匹配节点污点的容忍规则，或者容忍规则不匹配节点的污点，那么该Pod将不会被调度到该节点上。

通过使用污点和容忍机制，您可以实现一些高级的调度策略，例如将特定类型的工作负载调度到具有特定硬件配置的节点上，或者将敏感数据处理的Pod调度到专用的安全节点上。

总结一下，在Kubernetes中，污点和容忍是一对机制，用于控制Pod对象与节点之间的关系。通过使用污点和容忍规则，您可以精确地控制Pod如何被调度到集群中的不同节点上，以满足您的特定需求和约束条件。

二、例子

假设有一个Kubernetes集群，并且有一些需要高性能计算的任务。为了满足这些任务的需求，购买了一批配备了GPU的节点，并希望只有那些需要GPU支持的Pod才能被调度到这些节点上。

首先，您可以在GPU节点上设置一个污点，表示这些节点具有GPU资源。您可以使用以下命令给节点添加名为 "gpu=true" 的污点：

kubectl taint nodes <node-name> gpu=true:NoSchedule

然后，在您创建需要GPU支持的Pod时，您需要在Pod的规范中定义相应的容忍规则。例如，您可以在Pod的 spec 部分添加以下内容：

spec:
  tolerations:
  - key: "gpu"
    operator: "Exists"
    effect: "NoSchedule"

上述配置的含义是，Pod通过 tolerations 声明它对带有 "gpu=true" 污点的节点具有容忍性，并且可以被调度到这些节点上。

通过这样的设置，当您创建一个需要GPU支持的Pod时，Kubernetes调度器会检查集群中的节点，找到具有 "gpu=true" 污点的节点，并将该Pod调度到其中一个节点上。而对于没有定义容忍规则或不匹配污点的Pod，它们将不会被调度到GPU节点上。

这个实战例子展示了如何使用污点和容忍机制在Kubernetes中控制Pod的调度，以满足特定的硬件要求或其他约束条件。

三、多种规则

tolerations: 
    - effect: NoExecute 
    operator: Exists 
    - effect: NoSchedule 
    operator: Exists 
    - key: CriticalAddonsOnly 
    operator: Exists

这是一个示例的tolerations字段，它定义了三个容忍规则：

1. 第一个规则 effect: NoExecute 和 operator: Exists 表示Pod可以容忍带有任何污点的节点，即使节点上存在NoExecute效果的污点也可以容忍。NoExecute效果的污点会导致已经调度到该节点的Pod在污点出现后被驱逐（eviction）。
2. 第二个规则 effect: NoSchedule 和 operator: Exists 表示Pod可以容忍带有任何污点的节点，即使节点上存在NoSchedule效果的污点也可以容忍。NoSchedule效果的污点会阻止新的Pod被调度到该节点上。
3. 第三个规则 key: CriticalAddonsOnly 和 operator: Exists 表示Pod可以容忍带有名为"CriticalAddonsOnly"的污点的节点。这是一个自定义污点，它可能由集群管理员配置，用于标记只能运行关键附加组件的节点。Pod定义了这个容忍规则后，它可以被调度到具有"CriticalAddonsOnly"污点的节点上。

通过使用不同的容忍规则，您可以指定Pod对节点污点的容忍级别。这样，Kubernetes调度器将根据Pod的容忍规则和节点的污点情况来决定是否将Pod调度到特定的节点上。

当容忍规则中没有定义键（key）时，它表示Pod可以容忍带有任何污点的节点。这意味着该Pod可以被调度到任何具有污点的节点上，无论污点的键是什么。

这种情况下，Pod的容忍规则并不关心节点的具体污点设置，只要节点上存在任何污点，Pod就可以被调度到该节点上。

需要注意的是，如果容忍规则中定义了一个或多个特定的键（key），那么Pod仅能容忍相应键值匹配的污点。如果容忍规则中既没有定义键，也没有定义值，那么Pod将容忍所有污点。

所以我们知道前两个规则代表了，所有污点的节点都可以被应用这两个规则的pod去调度

有其他效果（例如 NoSchedule 或自定义效果）的污点，并且您的容忍规则只包含 NoExecute 效果，那么Pod将不会被调度到这些具有其他效果的污点节点上，意味着另外一种污点的节点不会被pod调度上。

四、污点格式

污点（Taints）的格式是由三个主要组成部分构成：键（key）、值（value）和效果（effect）。它们一起定义了节点上的一个污点。

1. 键（key）是用来标识污点的字符串，它可以是任何有效的字符串。例如，您可以将键设置为"gpu"、"special"或其他自定义的标识符。

2. 值（value）是可选的，并且可以用来进一步描述污点。值可以是任何有效的字符串，例如"true"、"enabled"或其他表示污点属性的值。

3. operator：key-value 的运算符。在这种情况下，它支持 "Equal" 和 "Exists" 两种运算符：

   • "Equal" 表示只有当注释中的键和值与节点上的污点完全匹配时，才会容忍该污点。
   • "Exists" 表示只要节点上存在具有注释中指定的键的污点，就会容忍该污点。

4. 效果（effect）指定污点对Pod的影响。它可以是以下三种之一：

   • NoSchedule: 这表示带有该污点的节点将不会被新的Pod调度。
   • PreferNoSchedule: 这表示带有该污点的节点将被尽量避免进行新的Pod调度，但不会强制阻止。
   • NoExecute: 这表示如果节点上已经运行的Pod没有匹配的容忍规则，那么将在污点出现后从节点上驱逐（eviction）这些Pod。

一个完整的污点表达式由键、值和效果组成，格式为 <键>=<值>:<效果>。例如，gpu=true:NoSchedule 表示具有 "gpu=true" 的污点，效果为 NoSchedule。

当您将一个污点应用于节点时，只有具有相匹配容忍规则的Pod才能被调度到该节点上。否则，这些Pod将被排除在调度范围之外，以满足节点上的污点限制。

在 Kubernetes 中，"Equal" 和 "Exists" 是用于定义容忍规则的两种不同操作符。

1. "Equal" 运算符：使用 "Equal" 运算符时，会将指定的键和值与节点上的污点进行精确匹配。只有当节点上的污点的键和值与容忍规则中定义的键和值完全匹配时，Pod 才会容忍该污点。换句话说，使用 "Equal" 运算符时，要求污点的键和值必须与容忍规则完全相同才能被接受。
2. "Exists" 运算符：相反，"Exists" 运算符更宽松。当使用 "Exists" 运算符时，只要节点上存在具有指定键的任何污点，无论该污点的值是什么，Pod 都将容忍它。换句话说，使用 "Exists" 运算符时，只关注键的存在与否，而不考虑具体的值。

下面是一个示例来说明二者之间的区别：

假设有一个 Pod，在容忍规则配置中有以下设置：

• key: "environment"
• value: "production"
• operator: "Equal"

在这种情况下，Pod 只会容忍在节点上具有键为 "environment" 并且值为 "production" 的污点。如果节点上没有这样的污点，Pod 将不会被调度到该节点上。

现在，如果将运算符更改为 "Exists"，则容忍规则变为：

• key: "environment"
• operator: "Exists"

使用 "Exists" 运算符时，Pod 将容忍任何具有键为 "environment" 的污点，而不管其值是什么。只要节点上存在这样的污点，Pod 就可以被调度到该节点上。

因此，"Equal" 运算符要求键和值都匹配，而 "Exists" 运算符只关注键的存在。这两种运算符可用于根据实际需求定义 Pod 的容忍性规则。