# 第七章 Service 详解

本章节主要介绍 kubernetes 的流量负载组件:Service 和 Ingress。

# Service 介绍

​ 在 kubernetes 中,pod 是应用程序的载体,我们可以通过 pod 的 ip 来访问应用程序,但是 pod 的 ip 地址不是固定的,这也就意味着不方便直接采用 pod 的 ip 对服务进行访问。

​ 为了解决这个问题,kubernetes 提供了 Service 资源,Service 会对提供同一个服务的多个 pod 进行聚合,并且提供一个统一的入口地址。通过访问 Service 的入口地址就能访问到后面的 pod 服务。

​ Service 在很多情况下只是一个概念,真正起作用的其实是 kube-proxy 服务进程,每个 Node 节点上都运行着一个 kube-proxy 服务进程。当创建 Service 的时候会通过 api-server 向 etcd 写入创建的 service 的信息,而 kube-proxy 会基于监听的机制发现这种 Service 的变动,然后它会将最新的 Service 信息转换成对应的访问规则

# 10.97.97.97:80 是 service 提供的访问入口
# 当访问这个入口的时候,可以发现后面有三个 pod 的服务在等待调用,
# kube-proxy 会基于 rr(轮询)的策略,将请求分发到其中一个 pod 上去
# 这个规则会同时在集群内的所有节点上都生成,所以在任何一个节点上访问都可以。
[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0

kube-proxy 目前支持三种工作模式:

userspace 模式

​ userspace 模式下,kube-proxy 会为每一个 Service 创建一个监听端口,发向 Cluster IP 的请求被 Iptables 规则重定向到 kube-proxy 监听的端口上,kube-proxy 根据 LB 算法选择一个提供服务的 Pod 并和其建立链接,以将请求转发到 Pod 上。
​ 该模式下,kube-proxy 充当了一个四层负责均衡器的角色。由于 kube-proxy 运行在 userspace 中,在进行转发处理时会增加内核和用户空间之间的数据拷贝,虽然比较稳定,但是效率比较低。

iptables 模式

​ iptables 模式下,kube-proxy 为 service 后端的每个 Pod 创建对应的 iptables 规则,直接将发向 Cluster IP 的请求重定向到一个 Pod IP。
​ 该模式下 kube-proxy 不承担四层负责均衡器的角色,只负责创建 iptables 规则。该模式的优点是较 userspace 模式效率更高,但不能提供灵活的 LB 策略,当后端 Pod 不可用时也无法进行重试。

ipvs 模式

​ ipvs 模式和 iptables 类似,kube-proxy 监控 Pod 的变化并创建相应的 ipvs 规则。ipvs 相对 iptables 转发效率更高。除此以外,ipvs 支持更多的 LB 算法。

# 此模式必须安装 ipvs 内核模块,否则会降级为 iptables
# 开启 ipvs
[root@master ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
[root@master ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0

# Service 类型

Service 的资源清单文件:

kind: Service  # 资源类型
apiVersion: v1  # 资源版本
metadata: # 元数据
  name: service # 资源名称
  namespace: dev # 命名空间
spec: # 描述
  selector: # 标签选择器,用于确定当前 service 代理哪些 pod
    app: nginx
  type: # Service 类型,指定 service 的访问方式
  clusterIP:  # 虚拟服务的 ip 地址
  sessionAffinity: # session 亲和性,支持 ClientIP、None 两个选项
  ports: # 端口信息
    - protocol: TCP 
      port: 3017  # service 端口
      targetPort: 5003 # pod 端口
      nodePort: 31122 # 主机端口
  • ClusterIP:默认值,它是 Kubernetes 系统自动分配的虚拟 IP,只能在集群内部访问
  • NodePort:将 Service 通过指定的 Node 上的端口暴露给外部,通过此方法,就可以在集群外部访问服务
  • LoadBalancer:使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发,注意此模式需要外部云环境支持
  • ExternalName: 把集群外部的服务引入集群内部,直接使用

# Service 使用

# 实验环境准备

在使用 service 之前,首先利用 Deployment 创建出 3 个 pod,注意要为 pod 设置 app=nginx-pod 的标签

创建 deployment.yaml,内容如下:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment      
metadata:
  name: pc-deployment
  namespace: dev
spec: 
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80
[root@master ~]# kubectl create -f deployment.yaml
deployment.apps/pc-deployment created
# 查看 pod 详情
[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels
NAME                             READY   STATUS     IP            NODE     LABELS
pc-deployment-66cb59b984-8p84h   1/1     Running    10.244.1.40   node1    app=nginx-pod
pc-deployment-66cb59b984-vx8vx   1/1     Running    10.244.2.33   node2    app=nginx-pod
pc-deployment-66cb59b984-wnncx   1/1     Running    10.244.1.39   node1    app=nginx-pod
# 为了方便后面的测试,修改下三台 nginx 的 index.html 页面(三台修改的 IP 地址不一致)
# kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
# echo "10.244.1.40" > /usr/share/nginx/html/index.html
#修改完毕之后,访问测试
[root@master ~]# curl 10.244.1.40
10.244.1.40
[root@master ~]# curl 10.244.2.33
10.244.2.33
[root@master ~]# curl 10.244.1.39
10.244.1.39

# ClusterIP 类型的 Service

创建 service-clusterip.yaml 文件

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: 10.97.97.97 # service 的 ip 地址,如果不写,默认会生成一个
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80  # Service 端口       
    targetPort: 80 # pod 端口
# 创建 service
[root@master ~]# kubectl create -f service-clusterip.yaml
service/service-clusterip created
# 查看 service
[root@master ~]# kubectl get svc -n dev -o wide
NAME                TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-clusterip   ClusterIP   10.97.97.97   <none>        80/TCP    13s   app=nginx-pod
# 查看 service 的详细信息
# 在这里有一个 Endpoints 列表,里面就是当前 service 可以负载到的服务入口
[root@master ~]# kubectl describe svc service-clusterip -n dev
Name:              service-clusterip
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                10.97.97.97
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.39:80,10.244.1.40:80,10.244.2.33:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>
# 查看 ipvs 的映射规则
[root@master ~]# ipvsadm -Ln
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0
# 访问 10.97.97.97:80 观察效果
[root@master ~]# curl 10.97.97.97:80
10.244.2.33

Endpoint

​ Endpoint 是 kubernetes 中的一个资源对象,存储在 etcd 中,用来记录一个 service 对应的所有 pod 的访问地址,它是根据 service 配置文件中 selector 描述产生的。

​ 一个 Service 由一组 Pod 组成,这些 Pod 通过 Endpoints 暴露出来,Endpoints 是实现实际服务的端点集合。换句话说,service 和 pod 之间的联系是通过 endpoints 实现的。

image-20200509191917069

负载分发策略

对 Service 的访问被分发到了后端的 Pod 上去,目前 kubernetes 提供了两种负载分发策略:

  • 如果不定义,默认使用 kube-proxy 的策略,比如随机、轮询

  • 基于客户端地址的会话保持模式,即来自同一个客户端发起的所有请求都会转发到固定的一个 Pod 上

    此模式可以使在 spec 中添加 sessionAffinity:ClientIP 选项

# 查看 ipvs 的映射规则【rr 轮询】
[root@master ~]# ipvsadm -Ln
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0
# 循环访问测试
[root@master ~]# while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done;
10.244.1.40
10.244.1.39
10.244.2.33
10.244.1.40
10.244.1.39
10.244.2.33
# 修改分发策略 ----sessionAffinity:ClientIP
# 查看 ipvs 规则【persistent 代表持久】
[root@master ~]# ipvsadm -Ln
TCP  10.97.97.97:80 rr persistent 10800
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0
# 循环访问测试
[root@master ~]# while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;
10.244.2.33
10.244.2.33
10.244.2.33
  
# 删除 service
[root@master ~]# kubectl delete -f service-clusterip.yaml
service "service-clusterip" deleted

# HeadLiness 类型的 Service

​ 在某些场景中,开发人员可能不想使用 Service 提供的负载均衡功能,而希望自己来控制负载均衡策略,针对这种情况,kubernetes 提供了 HeadLiness Service,这类 Service 不会分配 Cluster IP,如果想要访问 service,只能通过 service 的域名进行查询。

创建 service-headliness.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-headliness
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: None # 将 clusterIP 设置为 None,即可创建 headliness Service
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80    
    targetPort: 80
# 创建 service
[root@master ~]# kubectl create -f service-headliness.yaml
service/service-headliness created
# 获取 service, 发现 CLUSTER-IP 未分配
[root@master ~]# kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-headliness   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    11s   app=nginx-pod
# 查看 service 详情
[root@master ~]# kubectl describe svc service-headliness  -n dev
Name:              service-headliness
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                None
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.39:80,10.244.1.40:80,10.244.2.33:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>
# 查看域名的解析情况
[root@master ~]# kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
/ # cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.96.0.10
search dev.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
[root@master ~]# dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.40
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.39
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.2.33

# NodePort 类型的 Service

​ 在之前的样例中,创建的 Service 的 ip 地址只有集群内部才可以访问,如果希望将 Service 暴露给集群外部使用,那么就要使用到另外一种类型的 Service,称为 NodePort 类型。NodePort 的工作原理其实就是将 service 的端口映射到 Node 的一个端口上,然后就可以通过 NodeIp:NodePort 来访问 service 了。

创建 service-nodeport.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort # service 类型
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 30002 # 指定绑定的 node 的端口 (默认的取值范围是:30000-32767), 如果不指定,会默认分配
    targetPort: 80
# 创建 service
[root@master ~]# kubectl create -f service-nodeport.yaml
service/service-nodeport created
# 查看 service
[root@master ~]# kubectl get svc -n dev -o wide
NAME               TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)       SELECTOR
service-nodeport   NodePort   10.105.64.191   <none>        80:30002/TCP  app=nginx-pod
# 接下来可以通过电脑主机的浏览器去访问集群中任意一个 nodeip 的 30002 端口,即可访问到 pod

# LoadBalancer 类型的 Service

​ LoadBalancer 和 NodePort 很相似,目的都是向外部暴露一个端口,区别在于 LoadBalancer 会在集群的外部再来做一个负载均衡设备,而这个设备需要外部环境支持的,外部服务发送到这个设备上的请求,会被设备负载之后转发到集群中。

# ExternalName 类型的 Service

​ ExternalName 类型的 Service 用于引入集群外部的服务,它通过 externalName 属性指定外部一个服务的地址,然后在集群内部访问此 service 就可以访问到外部的服务了。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: dev
spec:
  type: ExternalName # service 类型
  externalName: www.baidu.com  #改成 ip 地址也可以
# 创建 service
[root@master ~]# kubectl  create -f service-externalname.yaml
service/service-externalname created
# 域名解析
[root@master ~]# dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local
service-externalname.dev.svc.cluster.local. 30 IN CNAME www.baidu.com.
www.baidu.com.          30      IN      CNAME   www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com.       30      IN      A       39.156.66.18
www.a.shifen.com.       30      IN      A       39.156.66.14

# Ingress 介绍

​ 在前面课程中已经提到,Service 对集群之外暴露服务的主要方式有两种:NotePort 和 LoadBalancer,但是这两种方式,都有一定的缺点:

  • NodePort 方式的缺点是会占用很多集群机器的端口,那么当集群服务变多的时候,这个缺点就愈发明显
  • LB 方式的缺点是每个 service 需要一个 LB,浪费、麻烦,并且需要 kubernetes 之外设备的支持

​ 基于这种现状,kubernetes 提供了 Ingress 资源对象,Ingress 只需要一个 NodePort 或者一个 LB 就可以满足暴露多个 Service 的需求。工作机制大致如下图表示:

​ 实际上,Ingress 相当于一个 7 层的负载均衡器,是 kubernetes 对反向代理的一个抽象,它的工作原理类似于 Nginx,可以理解成在 Ingress 里建立诸多映射规则,Ingress Controller 通过监听这些配置规则并转化成 Nginx 的反向代理配置,然后对外部提供服务。在这里有两个核心概念:

  • ingress:kubernetes 中的一个对象,作用是定义请求如何转发到 service 的规则
  • ingress controller:具体实现反向代理及负载均衡的程序,对 ingress 定义的规则进行解析,根据配置的规则来实现请求转发,实现方式有很多,比如 Nginx, Contour, Haproxy 等等

Ingress(以 Nginx 为例)的工作原理如下:

  1. 用户编写 Ingress 规则,说明哪个域名对应 kubernetes 集群中的哪个 Service
  2. Ingress 控制器动态感知 Ingress 服务规则的变化,然后生成一段对应的 Nginx 反向代理配置
  3. Ingress 控制器会将生成的 Nginx 配置写入到一个运行着的 Nginx 服务中,并动态更新
  4. 到此为止,其实真正在工作的就是一个 Nginx 了,内部配置了用户定义的请求转发规则

# Ingress 使用

# 环境准备

搭建 ingress 环境

# 创建文件夹
[root@master ~]# mkdir ingress-controller
[root@master ~]# cd ingress-controller/
# 获取 ingress-nginx,本次案例使用的是 0.30 版本
[root@master ingress-controller]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
[root@master ingress-controller]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
# 修改 mandatory.yaml 文件中的仓库
# 修改 quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.30.0
# 为 quay-mirror.qiniu.com/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.30.0
# 创建 ingress-nginx
[root@master ingress-controller]# kubectl apply -f ./
# 查看 ingress-nginx
[root@master ingress-controller]# kubectl get pod -n ingress-nginx
NAME                                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/nginx-ingress-controller-fbf967dd5-4qpbp   1/1     Running   0          12h
# 查看 service
[root@master ingress-controller]# kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME            TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
ingress-nginx   NodePort   10.98.75.163   <none>        80:32240/TCP,443:31335/TCP   11h

准备 service 和 pod

为了后面的实验比较方便,创建如下图所示的模型

创建 tomcat-nginx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: tomcat-deployment
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat-pod
    spec:
      containers:
      - name: tomcat
        image: tomcat:8.5-jre10-slim
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: None
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat-service
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: tomcat-pod
  clusterIP: None
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 8080
    targetPort: 8080
# 创建
[root@master ~]# kubectl create -f tomcat-nginx.yaml
# 查看
[root@master ~]# kubectl get svc -n dev
NAME             TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
nginx-service    ClusterIP   None         <none>        80/TCP     48s
tomcat-service   ClusterIP   None         <none>        8080/TCP   48s

# Http 代理

创建 ingress-http.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-http
  namespace: dev
spec:
  rules:
  - host: nginx.itheima.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-service
          servicePort: 80
  - host: tomcat.itheima.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: tomcat-service
          servicePort: 8080
# 创建
[root@master ~]# kubectl create -f ingress-http.yaml
ingress.extensions/ingress-http created
# 查看
[root@master ~]# kubectl get ing ingress-http -n dev
NAME           HOSTS                                  ADDRESS   PORTS   AGE
ingress-http   nginx.itheima.com,tomcat.itheima.com             80      22s
# 查看详情
[root@master ~]# kubectl describe ing ingress-http  -n dev
...
Rules:
Host                Path  Backends
----                ----  --------
nginx.itheima.com   / nginx-service:80 (10.244.1.96:80,10.244.1.97:80,10.244.2.112:80)
tomcat.itheima.com  / tomcat-service:8080(10.244.1.94:8080,10.244.1.95:8080,10.244.2.111:8080)
...
# 接下来,在本地电脑上配置 host 文件,解析上面的两个域名到 192.168.109.100 (master) 上
# 然后,就可以分别访问 tomcat.itheima.com:32240  和  nginx.itheima.com:32240 查看效果了

# Https 代理

创建证书

# 生成证书
openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=nginx/CN=itheima.com"
# 创建密钥
kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt

创建 ingress-https.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-https
  namespace: dev
spec:
  tls:
    - hosts:
      - nginx.itheima.com
      - tomcat.itheima.com
      secretName: tls-secret # 指定秘钥
  rules:
  - host: nginx.itheima.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-service
          servicePort: 80
  - host: tomcat.itheima.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: tomcat-service
          servicePort: 8080
# 创建
[root@master ~]# kubectl create -f ingress-https.yaml
ingress.extensions/ingress-https created
# 查看
[root@master ~]# kubectl get ing ingress-https -n dev
NAME            HOSTS                                  ADDRESS         PORTS     AGE
ingress-https   nginx.itheima.com,tomcat.itheima.com   10.104.184.38   80, 443   2m42s
# 查看详情
[root@master ~]# kubectl describe ing ingress-https -n dev
...
TLS:
  tls-secret terminates nginx.itheima.com,tomcat.itheima.com
Rules:
Host              Path Backends
----              ---- --------
nginx.itheima.com  /  nginx-service:80 (10.244.1.97:80,10.244.1.98:80,10.244.2.119:80)
tomcat.itheima.com /  tomcat-service:8080(10.244.1.99:8080,10.244.2.117:8080,10.244.2.120:8080)
...
# 下面可以通过浏览器访问 https://nginx.itheima.com:31335 和 https://tomcat.itheima.com:31335 来查看了
更新于

请我喝[茶]~( ̄▽ ̄)~*

baim0 微信支付

微信支付

baim0 支付宝

支付宝

baim0 贝宝

贝宝