Kubernetes DaemonSet 與節點管理

DaemonSet 概述

DaemonSet 是 Kubernetes 中的一種控制器，它確保在叢集中的每個節點（或符合條件的節點）上都運行一個 Pod 副本。當有新節點加入叢集時，DaemonSet 會自動在該節點上建立 Pod；當節點被移除時，對應的 Pod 也會被回收。

DaemonSet 的核心特性：

每節點一個 Pod：保證每個節點上只運行一個 Pod 實例
自動調度：新節點加入時自動部署，節點移除時自動清理
節點親和性：可透過選擇器限制在特定節點上運行

使用場景

DaemonSet 適用於需要在每個節點上運行的工作負載：

日誌收集：如 Fluentd、Filebeat，收集每個節點上的容器日誌
監控代理：如 Node Exporter、Datadog Agent，收集節點級別的指標
網路插件：如 Calico、Cilium，提供叢集網路功能
儲存守護程式：如 GlusterFS、Ceph，提供分散式儲存
安全掃描：如 Falco，進行運行時安全監控

基本 DaemonSet YAML

以下是一個基本的 DaemonSet 配置範例：

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apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: my-daemonset
  namespace: default
  labels:
    app: my-daemon
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: my-daemon
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-daemon
    spec:
      containers:
      - name: daemon-container
        image: nginx:1.21
        resources:
          limits:
            memory: "128Mi"
            cpu: "100m"
          requests:
            memory: "64Mi"
            cpu: "50m"
        ports:
        - containerPort: 80
          name: http

Node Selector 限制節點

使用 nodeSelector 可以限制 DaemonSet 只在特定標籤的節點上運行：

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apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: ssd-monitor
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: ssd-monitor
  template:
    metadata:
      labels:
        app: ssd-monitor
    spec:
      nodeSelector:
        disk-type: ssd
      containers:
      - name: ssd-monitor
        image: monitoring/ssd-monitor:v1

若需要更靈活的節點選擇，可使用 nodeAffinity：

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spec:
  template:
    spec:
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: node-role.kubernetes.io/worker
                operator: Exists

Tolerations 容忍污點

預設情況下，DaemonSet 不會在帶有污點（Taint）的節點上運行。透過設定 Tolerations，可以讓 Pod 容忍特定污點：

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apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-agent
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: node-agent
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-agent
    spec:
      tolerations:
      # 容忍 master 節點的污點
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      # 容忍 control-plane 節點的污點
      - key: node-role.kubernetes.io/control-plane
        operator: Exists
        effect: NoSchedule
      # 容忍所有污點（謹慎使用）
      - operator: Exists
      containers:
      - name: node-agent
        image: agent/node-agent:v2

更新策略

DaemonSet 支援兩種更新策略：

RollingUpdate（預設）

逐一更新節點上的 Pod，可控制更新速度：

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spec:
  updateStrategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxUnavailable: 1

OnDelete

只有在手動刪除 Pod 後才會建立新版本的 Pod：

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spec:
  updateStrategy:
    type: OnDelete

常見 DaemonSet 範例

Fluentd 日誌收集器

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apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd
  namespace: kube-system
  labels:
    app: fluentd
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: fluentd
  template:
    metadata:
      labels:
        app: fluentd
    spec:
      tolerations:
      - key: node-role.kubernetes.io/control-plane
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: fluentd
        image: fluent/fluentd-kubernetes-daemonset:v1.16
        env:
        - name: FLUENT_ELASTICSEARCH_HOST
          value: "elasticsearch.logging.svc"
        - name: FLUENT_ELASTICSEARCH_PORT
          value: "9200"
        resources:
          limits:
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
        - name: containers
          mountPath: /var/lib/docker/containers
          readOnly: true
      volumes:
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log
      - name: containers
        hostPath:
          path: /var/lib/docker/containers

Node Exporter 監控

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apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: node-exporter
  namespace: monitoring
  labels:
    app: node-exporter
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: node-exporter
  template:
    metadata:
      labels:
        app: node-exporter
    spec:
      hostNetwork: true
      hostPID: true
      tolerations:
      - operator: Exists
      containers:
      - name: node-exporter
        image: prom/node-exporter:v1.6.1
        args:
        - --path.procfs=/host/proc
        - --path.sysfs=/host/sys
        - --path.rootfs=/host/root
        ports:
        - containerPort: 9100
          hostPort: 9100
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 100Mi
          requests:
            cpu: 50m
            memory: 50Mi
        volumeMounts:
        - name: proc
          mountPath: /host/proc
          readOnly: true
        - name: sys
          mountPath: /host/sys
          readOnly: true
        - name: root
          mountPath: /host/root
          readOnly: true
      volumes:
      - name: proc
        hostPath:
          path: /proc
      - name: sys
        hostPath:
          path: /sys
      - name: root
        hostPath:
          path: /

與 Deployment 比較

特性	DaemonSet	Deployment
Pod 數量	每節點一個	指定副本數
調度方式	節點導向	資源導向
擴展方式	隨節點增減	手動或自動擴展
主要用途	節點級服務	應用程式部署
高可用性	節點級別	副本級別

監控 DaemonSet

使用 kubectl 監控 DaemonSet 狀態：

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# 查看 DaemonSet 狀態
kubectl get daemonset -n kube-system

# 查看詳細資訊
kubectl describe daemonset <daemonset-name>

# 查看 DaemonSet 的 Pod 分佈
kubectl get pods -l app=<label> -o wide

# 查看滾動更新狀態
kubectl rollout status daemonset/<daemonset-name>

# 查看更新歷史
kubectl rollout history daemonset/<daemonset-name>

重要的監控指標包括：

desiredNumberScheduled：期望運行的 Pod 數量
currentNumberScheduled：目前已調度的 Pod 數量
numberReady：就緒狀態的 Pod 數量
numberAvailable：可用的 Pod 數量