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

一、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。

image.png

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节点上都运行了一个kube-proxy的服务进程。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的变化,然后它会将最新的Service信息转换为对应的访问规则。

image.png

# 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@k8s-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:

1. 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(负载均衡算法)选择一个提供服务的Pod并和其建立连接,以便将请求转发到Pod上。

该模式下,kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中,在进行转发处理的时候会增加内核和用户空间之间的数据拷贝,虽然比较稳定,但是效率非常低下。

image.png

2. 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的IP上。

该模式下kube-proxy不承担四层负载均衡器的角色,只负责创建iptables规则。该模式的优点在于较userspace模式效率更高,但是不能提供灵活的LB策略,当后端Pod不可用的时候无法进行重试。

image.png

3. 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。

image.png

开启ipvs(必须安装ipvs内核模块,否则会降级为iptables):

kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system

image.png

kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system

image.png

4. 开启ipvs

  1. 测试是否开启
# 测试ipvs模块是否开启成功
ipvsadm -Ln

image.png

如果没有开启,汇报如下:

[root@master test]# ipvsadm -Ln
bash: ipvsadm: command not found...
  1. 安装ipvs
# 1. 下载
wget http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.6/ipvsadm-1.26.tar.gz

# 2. 解压
tar xzf ipvsadm-1.26.tar.gz

# 3. 安装lib包
yum install libnl* popt*

# 4. 进入解压目录
cd ipvsadm-1.26/

# 5. 编译安装
make && make install

# 6. 测试是否成功
ipvsadm -Ln

二、Service类型

Service的资源清单:

apiVersion: v1 # 版本
kind: Service # 类型
metadata: # 元数据
  name: # 资源名称
  namespace: # 命名空间
spec:
  selector: # 标签选择器,用于确定当前Service代理那些Pod
    app: nginx
  type: NodePort # Service的类型,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,默认值为None
  ports: # 端口信息
    - port: 8080 # Service端口
      protocol: TCP # 协议
      targetPort : # Pod端口
      nodePort:  # 主机端口

spec.type的说明:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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的支持。
  4. ExternalName:把集群外部的服务引入集群内部,直接使用。

三、Service使用

3.1 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文件,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

创建Deployment:

kubectl create -f deployment.yaml

查看Pod信息:

kubectl get pod -n dev -o wide --show-labels

image.png

为了方便后面的测试,修改三台Nginx的index.html:

kubectl exec -it pc-deployment-d46fb9b9-q5tm4 -c nginx -n dev /bin/bash
echo "10.244.2.25" > /usr/share/nginx/html/index.html

image.png

kubectl exec -it pc-deployment-d46fb9b9-qmt28 -c nginx -n dev /bin/bash
echo "10.244.1.32" > /usr/share/nginx/html/index.html
kubectl exec -it pc-deployment-d46fb9b9-zsrw8 -c nginx -n dev /bin/bash
echo "10.244.2.26" > /usr/share/nginx/html/index.html

修改完毕之后,测试访问:

curl 10.244.1.30
curl 10.244.1.31
curl 10.244.2.67

image.png

3.2 ClusterIP类型的Service

3.2.1 创建Service

创建service-clusterip.yaml文件,内容如下:

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的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口

创建Service:

kubectl create -f service-clusterip.yaml

3.2.2 查看Service

查看Service:

kubectl get svc -n dev -o wide

image.png

3.2.3 查看Service的详细信息

查看Service的详细信息:

kubectl describe svc service-clusterip -n dev

image.png

3.2.4 查看ipvs的映射规则

查看ipvs的映射规则:

ipvsadm -Ln

3.2.5 访问10.97.97.97:80,观察效果

访问10.97.97.97:80,观察效果:

curl 10.97.97.97:80

image.png

服务有重启,可能生成的集群内部ip有变动

3.2.6 Endpoint(实际中使用的不多)

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配置文件中的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。换言之,service和Pod之间的联系是通过Endpoints实现的。

image.png

查看Endpoint:

kubectl get endpoints -n dev -o wide

image.png
service下,有endpoints对应的一组ip地址

3.2.7 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、轮询等。

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,这对于传统基于Session的认证项目来说很友好,此模式可以在spec中添加sessionAffinity: ClusterIP选项。

查看ipvs的映射规则,rr表示轮询:

ipvsadm -Ln

循环测试访问:

while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 1; done;

image.png

修改分发策略:

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
  sessionAffinity: ClientIP # 修改分发策略为基于客户端地址的会话保持模式
  ports:
    - port: 80 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口

image.png

kubectl apply -f service-clusterip.yaml

image.png

循环测试访问:

while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done;

image.png

3.2.8 删除Service

删除Service:

kubectl delete -f service-clusterip.yaml

3.3 HeadLiness类型的Service

3.3.1 概述

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HeadLinesss 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。

3.3.2 创建Service

创建service-headliness.yaml文件,内容如下:

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 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口

创建Service:

kubectl create -f service-headliness.yaml

3.3.3 查看Service

查看Service:

kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide

image.png

3.3.4 查看Service详情

查看Service详情:

kubectl describe svc service-headliness -n dev

image.png

3.3.5 查看域名解析情况

查看Pod:

kubectl get pod -n dev

image.png

进入Pod中,执行cat /etc/resolv.conf命令:

kubectl exec -it pc-deployment-7d7dd5499b-59qkm -n dev /bin/sh
cat /etc/resolv.conf

image.png

3.3.6 通过Service的域名进行查询

通过Service的域名进行查询:

dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local

image.png

3.3.7 删除service

kubectl delete -f service-headliness.yaml

3.4 NodePort类型的Service

3.4.1 概述

在之前的案例中,创建的Service的IP地址只能在集群内部才可以访问,如果希望Service暴露给集群外部使用,那么就需要使用到另外一种类型的Service,称为NodePort类型的Service。NodePort的工作原理就是将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。

image.png

3.4.2 创建Service

创建service-nodeport.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort # Service类型为NodePort
  ports:
    - port: 80 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口
      nodePort: 30002 # 指定绑定的node的端口(默认取值范围是30000~32767),如果不指定,会默认分配

创建Service:

kubectl create -f service-nodeport.yaml

3.4.3 查看Service

查看Service:

kubectl get svc service-nodeport -n dev -o wide

image.png

3.4.4 访问

通过浏览器访问:http://192.168.158.200:30002/即可访问对应的Pod。

image.png

3.4.5 删除service

kubectl delete -f service-nodeport.yaml

3.5 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的支持,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。

image.png

3.6 ExternalName类型的Service

3.6.1 概述

ExternalName类型的Service用于引入集群外部的服务,它通过externalName属性指定一个服务的地址,然后在集群内部访问此Service就可以访问到外部的服务了。

image.png

3.6.2 创建Service

创建service-externalname.yaml文件,内容如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: dev
spec:
  type: ExternalName # Service类型为ExternalName
  externalName: www.baidu.com # 改成IP地址也可以

创建Service:

kubectl create -f service-externalname.yaml

image.png

3.6.3 域名解析

域名解析:

dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local

image.png

Q.E.D.


只有创造,才是真正的享受,只有拚搏,才是充实的生活。