Kubernetes（六） Service详解

Service详解

本章主要介绍kubernetes的流量负载组件：Service和Ingress

1. 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（例如iptables、ipvs等规则）。

例如：

# 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3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1个pod上去
# 这个规则会同时在集群内的所有节点上生成，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)
Port 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3种工作模式：

userspace模式
- 在此模式下，kube-proxy会为每个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并与其建立连接，将请求转发到Pod上。
  在该模式下，kube-proxy充当了一个四层负载均衡的角色。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ClusterIP的请求重定向到一个Pod IP。
- 该模式下kube-proxy不承担4层负载均衡的角色，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（例如假设pod 2有问题，发向这个pod 2 的请求出错后不会重试）。
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。除此之外，ipvs支持更多的LB算法。

2. Service类型

Service主要属性有：

spec:
  selector:                       # 标签选择器，用于确定当前service代理哪些pod
    key: value
  type:                             # Service类型，指定service的访问方式
  clusterIP:                     # 虚拟服务的ip地址
  sessionAffirnity:         # session亲和性，支持ClientIP、None两个选项
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 3017                # service 端口
      targetPort: 5003     # pod端口
      nodePort: 31122     # 主机端口

Type 的4种类西：

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通过制定的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

3. Service使用

先部署一个 deployment：

$ cat yamls/deploy-nginx.yaml
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:
        - image: nginx:1.17.1
          name: nginx
          ports:
          - containerPort: 80
            protocol: TCP

为了方便测试，修改3台nginx的index.html 页面

$ kubectl exec -it pc-deployment-7d7dd5499b-wg4mn -n dev -- /bin/sh
# echo "10.0.2.179" > /usr/share/nginx/html/index.html

$ kubectl exec -it pc-deployment-7d7dd5499b-x6kfd -n dev -- /bin/sh
# echo "10.0.1.55" > /usr/share/nginx/html/index.html

$ kubectl exec -it pc-deployment-7d7dd5499b-ztzrv -n dev -- /bin/sh
# echo "10.0.2.181" > /usr/share/nginx/html/index.html


$ kubectl get pods -n dev -o wide
NAME                                                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP                                               
pc-deployment-7d7dd5499b-wg4mn       1/1     Running        0             10m   10.0.2.179   
pc-deployment-7d7dd5499b-x6kfd          1/1     Running        0             10m   10.0.1.55    
pc-deployment-7d7dd5499b-ztzrv           1/1     Running        0             10m   10.0.2.181

3.1. ClusterIP类型

$ cat yamls/service-clusterip.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
    name: service-clusterip
    namespace: dev
spec:
    selector:
       app: nginx-pod
    clusterIP:                      # 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


$ kubectl get svc -n dev
NAME                TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service-clusterip   ClusterIP   172.20.144.24   <none>        80/TCP    29s

ClusterIP service详细信息

$ kubectl describe svc service-clusterip -n dev
Name:              service-clusterip
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       Selector:  app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                172.20.144.24
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.0.1.55:80,10.0.2.179:80,10.0.2.181:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>

这里Endpoint是kubernetes中的资源对象，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Endpoint暴露出来。Endpoint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。

$ kubectl get endpoints -n dev
NAME                                    ENDPOINTS                                                               AGE
service-clusterip   10.0.1.55:80,10.0.2.179:80,10.0.2.181:80                       7m22s

负载分发策略

对Service 的访问被分发到了后端Pod上，目前kubernetes提供了2种负载均衡策略：

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。此模式可以在spec中添加sessionAffinity:ClientIP选项使用

部署sessionAffinity:ClientIP后的效果：

$ curl 172.20.210.235
10.0.1.55
$ curl 172.20.210.235
10.0.1.55
$ curl 172.20.210.235
10.0.1.55
$ curl 172.20.210.235
10.0.1.55

3.2. HeadLiness类型

在某些场景中，可能不希望使用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。

$ cat yamls/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


# 可以看到service 没有ip地址
$ kubectl get svc -n dev -o wide
NAME                            TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-headliness   ClusterIP          None         <none>             80/TCP    25s   app=nginx-pod

此时只能通过域名的方式进行访问，域名为 service-headliness.dev.svc.cluster.local

3.3. NodePort类型

在ClusterIP类型下，创建的Service的ip地址只有集群内部才能访问，如果希望Service暴露给集群外部使用，则需要使用另一种类型的Service，NodePort类型。它的原理是将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。

$ cat yamls/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
      targetPort: 80
      nodePort: 30002    # 指定绑定的node端口（默认的取值范围是: 30000-32767），若未指定则默认分配

在访问时，需要eks node ip + 30002 端口即可。

3.4. LoadBalancer类型

LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外暴露一个端口。区别在于LoadBalancer会在集群的外部再做一个负载均衡设备，而这个设备需要外部环境支持。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。

3.5. ExternalName类型

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就可以访问到外部服务了。

4. Ingress介绍

当前了解到的Service对集群之外暴露服务的主要方式有2种：NodePort和LoadBalancer，但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，当集群服务增多时，缺点愈发明显
LB的缺点是每个service都需要一个LB，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或是一个LB就可以满足暴露多个Service的需求。工作机制大致如下：

实际上，Ingress相当于一个7层的LB，是kubernetes对反向代理的一个抽象，它的工作原理类似于nginx。可以理解为在Ingress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配置，然后对外部提供服务。这里有2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LB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，实现的方式有很多，比如Nginx，Contour，Haproxy等等

Ingress（以Nginx为例）的工作原理：

用户编写Ingress规则，说明哪个域名对应kubernetes集群中哪个Service
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反向配置
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
至此，其实真正在工作的是一个Nginx了，内部配置了用户定义的请求转发规则

如下图所示：

posted @ 2021-03-22 17:05 ZacksTang 阅读(576) 评论(0) 收藏举报

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