[Kubernetes] Affinity

Posted Dec 9, 2022 Updated Jan 13, 2025

By KyungRyeol

11 min read

Affinity?

Affinity란 선호도란 뜻이다. Pod는 항상 Node에서 띄워져야 하는데, 이러한 배치를 함에 있어 선호하는 Node나 Pod를 설정할 수 있는 리소스이다.

Affinity 종류

nodeAffinity는 어떤 Node를 선호할 것인가? 에 관련한 리소스이다. 즉, Pod를 배치할 때 어떤 Node에 스케쥴링할지 설정을 해준다.
podAffinity는 Pod가 배치될 때, 실행 중인 Pod들 중에 선호하는 Pod를 찾아 해당 Pod와 동일한 Node로 배치하는 걸 설정해준다.
podAnitAffinity는 실행 중인 Pod들 중에, 선호하지 않은 Pod가 실행 중인 Node는 피해서 배치를 하겠다는 걸 설정해준다.

nodeAffinity?

선호하는 노드를 설정하는 방법으로, nodeSelector 보다 확장된 Label Selector 기능을 지원한다. 그래서 좀 더 실무환경에 적합한 Pod 배치 전략이다.
matchExpressions 사용 가능하다. (In, NotIn, Exists, DoesNotExist, Gt, Lt 등의 옵션이 있다.)

여러 유즈케이스에 활용 가능한 2가지 옵션이 있는데. Hard, Soft로 나뉜다. 매우 조건이 길기 때문에 2등분해서 의미를 이해하면 좋다.

반드시 충족해야 하는 조건 (Hard)

requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution : 스케쥴링하는 동안 꼭 필요한 조건

즉, 스케쥴링되는 워크로드에는 필수 조건이고, 실행 중인 워크로드는 조건을 무시한다는 의미이다.
requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution를 구성하는 매니페스트 파일

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

선호하는 조건 (Soft)

preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution : 스케쥴링하는 동안 만족하면 좋은 조건입니다. 꼭 이 조건을 만족해야하는 것은 아니라는 의미입니다.

즉, 스케쥴링되는 워크로드에는 선호 조건이고, 실행 중인 워크로드는 조건을 무시한다는 의미이다.

  
  ...생략...
  affinity:
      nodeAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 10
          preference:
          - matchExpressions:
              - key: disktype
              operator: In
              values:
              - hdd

용어 설명:
- IgnoredDuringExecution: 실행 중인 워크로드에 대해서는 해당 규칙을 무시한다.
- RequiredDuringExecution: 위와 반대개념으로 실행 중인 워크로드에 대해서 해당 규칙을 반드시 필요로 한다.

key 필드 값	설명
In	values[] 필드에 설정한 값 중 레이블에 있는 값과 일치하는 것이 하나라도 있는지 확인합니다.
Notln	`In`과 반대로 values[]에 있는 값 모두와 맞지 않는 지 확인합니다.
Exists	`key` 필드에 설정한 값이 레이블에 있는지만 확인합니다. (values[] 필드가 필요 없습니다.)
DoseNotExist	`Exists`와 반대로 노드의 레이블에 `key` 필드 값이 없는지만 확인합니다.
Gt	Greater than의 약자로 values[] 필드에 설정된 값이 설정된 값 보다 더 큰 숫자형 데이터 인지 확인합니다. 이 때 values[] 필드에는 값이 하나만 있어야 합니다.
Lt	Lower than의 약자로 values[] 필드에 설정된 값이 설정된 값 보다 더 작은 숫자형 데이터 인지 확인합니다. 이 때 values[] 필드에는 값이 하나만 있어야 합니다.

nodeAffinity 세팅

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: node-affinity-required
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hello
  template:
    metadata:
      name: hello
      labels:
        app: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginxdemos/hello:plain-text
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: team
                operator: In
                values:
                - blue
                - red

operator In은 or 연산자라고 이해하면 된다. 즉, key가 team이고, value가 blue 혹은 red인 조건을 필수로 한다.

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: node-affinity-preferred
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: hello
  template:
    metadata:
      name: hello
      labels:
        app: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginxdemos/hello:plain-text
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      affinity:
        nodeAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 40
            preference:
              matchExpressions:
              - key: team
                operator: In
                values:
                - green

operator In은 or 연산자라고 이해하면 된다. 즉, key가 team이고, value가 green인 조건을 선호 한다.
preferred는 weight가 있고, 각각에 matchExpressions을 넣는 구조로 되어 있다.
- weight는 0~100 사이의 값을 가질 수 있다. 각각의 rule을 기반으로 weight를 설정해서 점수를 줌으로써 Pod가 어떤 Node에 최종 배치될지 우선순위를 설정하는 것으로 이해하면 된다.
- 즉, weight는 여러개 설정할 수 있고, 점수를 매겨 우선순위를 결정하는 데 쓰이는 것이다.

  
kubectl label node kube-01 --overwrite team=green
kubectl label node kube-02 --overwrite team=red
kubectl label node kube-03 --overwrite team=blue

특정 node 각각에 label(key-valu)를 지정하는 set-node-labels.sh 스크립트이다.

kubectl get nodes --show-labels
kubectl get nodes --label-columns team

podAffinity?

선호하는 파드를 설정하는 방법으로, 사용법은 nodeAffinity와 거의 동일하다.
역시 여러 유즈케이스에 활용 가능한 2가지 옵션을 제공하며, Hard, Soft로 나뉜다. nodeAffinity와 동일하여 자세한 설명은 생략한다.
- 반드시 충족해야 하는 조건 (Hard)
  - requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
- 선호하는 조건 (Soft)
  - preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
podAffinity의 가장 중요한 부분은 다음의 개념이다.
토폴로지 키 (Topology Key)
- 쿠버네티스 Node에 설정된 Label에 대해서, Label Selector를 수행할 노드의 범위를 결정한다.
- Topology Key는 노드의 레이블 key를 설정하는 것이며, 어떠한 값을 key name으로 넣어도 상관없지만 다음과 같은 3가지 key를 주로 쓴다.
  - Node 단위: kubernetes.io/hostname
  - zone 단위: topology.kubernetes.io/zone
    - AZ(Availablity Zone: 가용영역)
  - region 단위: topology.kubernetes.io/region
    - 지역 (서울, 도쿄 등)

podAffinity 세팅

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      name: mysql
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mariadb:latest
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          value: setting_password
        - name: MYSQL_DATABASE
          value: kubernetes
        ports:
        - name: http
          containerPort: 3306
          protocol: TCP

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pod-affinity-required
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hello
  template:
    metadata:
      name: hello
      labels:
        app: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginxdemos/hello:plain-text
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      affinity:
        podAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - mysql
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
            # topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
            # topologyKey: topology.kubernetes.io/region

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pod-affinity-preferred
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: hello
  template:
    metadata:
      name: hello
      labels:
        app: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginxdemos/hello:plain-text
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      affinity:
        podAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - mysql
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
              # topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
              # topologyKey: topology.kubernetes.io/region

podAntiAffinity?

선호하지 않는 파드를 설정하는 방법으로, podAffinity를 podAntiAffinity로만 변경하면 사용법 동일하다.
역시 여러 유즈케이스에 활용 가능한 2가지 옵션을 제공하며, Hard, Soft로 나뉜다. podAffinity와 동일하여 자세한 설명은 생략한다.
- 반드시 충족해야 하는 조건 (Hard)
  - requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
- 선호하는 조건 (Soft)
  - preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution
토폴로지 키 (Topology Key)도 podAffinity와 같은 방식이다. 자세한 건 3번 챕터(podAffinity)를 참고하면 된다.

podAntiAffinity 세팅

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pod-anti-affinity-required
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hello
  template:
    metadata:
      name: hello
      labels:
        app: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginxdemos/hello:plain-text
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      affinity:
        podAntiAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - labelSelector:
              matchExpressions:
              - key: app
                operator: In
                values:
                - mysql
            topologyKey: kubernetes.io/hostname
            # topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
            # topologyKey: topology.kubernetes.io/region

  
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pod-anti-affinity-preferred
spec:
  replicas: 4
  selector:
    matchLabels:
      app: hello
  template:
    metadata:
      name: hello
      labels:
        app: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginxdemos/hello:plain-text
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          protocol: TCP
      affinity:
        podAntiAffinity:
          preferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          - weight: 100
            podAffinityTerm:
              labelSelector:
                matchExpressions:
                - key: app
                  operator: In
                  values:
                  - mysql
              topologyKey: kubernetes.io/hostname
              # topologyKey: topology.kubernetes.io/zone
              # topologyKey: topology.kubernetes.io/region

Kubernetes, Affinity

Kubernetes Affinity

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