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title: 07 Service详解
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date: 2022-10-22 20:58:13
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tags:
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- kubernetes
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categories:
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- kubernetes
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# 第七章 Service详解
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本章节主要介绍kubernetes的流量负载组件：Service和Ingress。
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## Service介绍
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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。
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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。
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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**。
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~~~powershell
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# 10.97.97.97:80 是service提供的访问入口
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# 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，
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# kube-proxy会基于rr（轮询）的策略，将请求分发到其中一个pod上去
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# 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。
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[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
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IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
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Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
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-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
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TCP 10.97.97.97:80 rr
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-> 10.244.1.39:80 Masq 1 0 0
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-> 10.244.1.40:80 Masq 1 0 0
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-> 10.244.2.33:80 Masq 1 0 0
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kube-proxy目前支持三种工作模式:
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**userspace 模式**
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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。
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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。
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**iptables 模式**
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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。
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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。
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**ipvs 模式**
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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。
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~~~powershell
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# 此模式必须安装ipvs内核模块，否则会降级为iptables
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# 开启ipvs
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[root@master ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
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[root@master ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
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[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
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IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
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Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
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-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn
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TCP 10.97.97.97:80 rr
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-> 10.244.1.39:80 Masq 1 0 0
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-> 10.244.1.40:80 Masq 1 0 0
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-> 10.244.2.33:80 Masq 1 0 0
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~~~
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## Service类型
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Service的资源清单文件：
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~~~yaml
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kind: Service # 资源类型
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apiVersion: v1 # 资源版本
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metadata: # 元数据
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name: service # 资源名称
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namespace: dev # 命名空间
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spec: # 描述
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selector: # 标签选择器，用于确定当前service代理哪些pod
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app: nginx
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type: # Service类型，指定service的访问方式
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clusterIP: # 虚拟服务的ip地址
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sessionAffinity: # session亲和性，支持ClientIP、None两个选项
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ports: # 端口信息
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- protocol: TCP
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port: 3017 # service端口
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targetPort: 5003 # pod端口
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nodePort: 31122 # 主机端口
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~~~
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- 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
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- 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
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- 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
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- ExternalName： 把集群外部的服务引入集群内部，直接使用
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## Service使用
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### 实验环境准备
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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
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创建deployment.yaml，内容如下：
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~~~yaml
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apiVersion: apps/v1
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kind: Deployment
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metadata:
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name: pc-deployment
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namespace: dev
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spec:
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replicas: 3
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selector:
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matchLabels:
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app: nginx-pod
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template:
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metadata:
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labels:
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app: nginx-pod
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spec:
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containers:
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- name: nginx
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image: nginx:1.17.1
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ports:
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- containerPort: 80
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~~~
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~~~powershell
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[root@master ~]# kubectl create -f deployment.yaml
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deployment.apps/pc-deployment created
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# 查看pod详情
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[root@master ~]# kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels
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NAME READY STATUS IP NODE LABELS
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pc-deployment-66cb59b984-8p84h 1/1 Running 10.244.1.40 node1 app=nginx-pod
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pc-deployment-66cb59b984-vx8vx 1/1 Running 10.244.2.33 node2 app=nginx-pod
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pc-deployment-66cb59b984-wnncx 1/1 Running 10.244.1.39 node1 app=nginx-pod
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# 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）
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# kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
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# echo "10.244.1.40" > /usr/share/nginx/html/index.html
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#修改完毕之后，访问测试
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[root@master ~]# curl 10.244.1.40
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10.244.1.40
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[root@master ~]# curl 10.244.2.33
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10.244.2.33
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[root@master ~]# curl 10.244.1.39
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10.244.1.39
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~~~
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### ClusterIP类型的Service
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创建service-clusterip.yaml文件
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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kind: Service
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metadata:
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name: service-clusterip
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namespace: dev
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spec:
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selector:
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app: nginx-pod
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clusterIP: 10.97.97.97 # service的ip地址，如果不写，默认会生成一个
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type: ClusterIP
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ports:
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- port: 80 # Service端口
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targetPort: 80 # pod端口
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~~~
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~~~powershell
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# 创建service
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[root@master ~]# kubectl create -f service-clusterip.yaml
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service/service-clusterip created
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# 查看service
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[root@master ~]# kubectl get svc -n dev -o wide
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NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
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service-clusterip ClusterIP 10.97.97.97 <none> 80/TCP 13s app=nginx-pod
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# 查看service的详细信息
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# 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
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[root@master ~]# kubectl describe svc service-clusterip -n dev
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Name: service-clusterip
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Namespace: dev
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Labels: <none>
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Annotations: <none>
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Selector: app=nginx-pod
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Type: ClusterIP
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IP: 10.97.97.97
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Port: <unset> 80/TCP
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TargetPort: 80/TCP
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Endpoints: 10.244.1.39:80,10.244.1.40:80,10.244.2.33:80
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Session Affinity: None
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Events: <none>
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# 查看ipvs的映射规则
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[root@master ~]# ipvsadm -Ln
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TCP 10.97.97.97:80 rr
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-> 10.244.1.39:80 Masq 1 0 0
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||
-> 10.244.1.40:80 Masq 1 0 0
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||
-> 10.244.2.33:80 Masq 1 0 0
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||
# 访问10.97.97.97:80观察效果
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[root@master ~]# curl 10.97.97.97:80
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10.244.2.33
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~~~
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**Endpoint**
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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。
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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。
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**负载分发策略**
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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：
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- 如果不定义，默认使用kube-proxy的策略，比如随机、轮询
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- 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
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此模式可以使在spec中添加`sessionAffinity:ClientIP`选项
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~~~powershell
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# 查看ipvs的映射规则【rr 轮询】
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[root@master ~]# ipvsadm -Ln
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TCP 10.97.97.97:80 rr
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-> 10.244.1.39:80 Masq 1 0 0
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||
-> 10.244.1.40:80 Masq 1 0 0
|
||
-> 10.244.2.33:80 Masq 1 0 0
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||
# 循环访问测试
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[root@master ~]# while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done;
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10.244.1.40
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10.244.1.39
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10.244.2.33
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||
10.244.1.40
|
||
10.244.1.39
|
||
10.244.2.33
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# 修改分发策略----sessionAffinity:ClientIP
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# 查看ipvs规则【persistent 代表持久】
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[root@master ~]# ipvsadm -Ln
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TCP 10.97.97.97:80 rr persistent 10800
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-> 10.244.1.39:80 Masq 1 0 0
|
||
-> 10.244.1.40:80 Masq 1 0 0
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||
-> 10.244.2.33:80 Masq 1 0 0
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|
||
# 循环访问测试
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[root@master ~]# while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;
|
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10.244.2.33
|
||
10.244.2.33
|
||
10.244.2.33
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# 删除service
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[root@master ~]# kubectl delete -f service-clusterip.yaml
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service "service-clusterip" deleted
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~~~
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### HeadLiness类型的Service
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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。
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创建service-headliness.yaml
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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kind: Service
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metadata:
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name: service-headliness
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namespace: dev
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||
spec:
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||
selector:
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||
app: nginx-pod
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||
clusterIP: None # 将clusterIP设置为None，即可创建headliness Service
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||
type: ClusterIP
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||
ports:
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||
- port: 80
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||
targetPort: 80
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~~~
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||
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~~~powershell
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||
# 创建service
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[root@master ~]# kubectl create -f service-headliness.yaml
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service/service-headliness created
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# 获取service， 发现CLUSTER-IP未分配
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[root@master ~]# kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide
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NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
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||
service-headliness ClusterIP None <none> 80/TCP 11s app=nginx-pod
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# 查看service详情
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[root@master ~]# kubectl describe svc service-headliness -n dev
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Name: service-headliness
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||
Namespace: dev
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||
Labels: <none>
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||
Annotations: <none>
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||
Selector: app=nginx-pod
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||
Type: ClusterIP
|
||
IP: None
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||
Port: <unset> 80/TCP
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||
TargetPort: 80/TCP
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||
Endpoints: 10.244.1.39:80,10.244.1.40:80,10.244.2.33:80
|
||
Session Affinity: None
|
||
Events: <none>
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||
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# 查看域名的解析情况
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[root@master ~]# kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
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/ # cat /etc/resolv.conf
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nameserver 10.96.0.10
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||
search dev.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
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[root@master ~]# dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local
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||
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.40
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||
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
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||
~~~
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||
### NodePort类型的Service
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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。
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创建service-nodeport.yaml
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~~~yaml
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||
apiVersion: v1
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||
kind: Service
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metadata:
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name: service-nodeport
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||
namespace: dev
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||
spec:
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||
selector:
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||
app: nginx-pod
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||
type: NodePort # service类型
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||
ports:
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- port: 80
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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
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||
targetPort: 80
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||
~~~
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||
|
||
~~~powershell
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||
# 创建service
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||
[root@master ~]# kubectl create -f service-nodeport.yaml
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||
service/service-nodeport created
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||
# 查看service
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[root@master ~]# kubectl get svc -n dev -o wide
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NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) SELECTOR
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service-nodeport NodePort 10.105.64.191 <none> 80:30002/TCP app=nginx-pod
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# 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
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~~~
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### LoadBalancer类型的Service
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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。
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### ExternalName类型的Service
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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。
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~~~yaml
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apiVersion: v1
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||
kind: Service
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metadata:
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name: service-externalname
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namespace: dev
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spec:
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type: ExternalName # service类型
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externalName: www.baidu.com #改成ip地址也可以
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~~~
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||
~~~powershell
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||
# 创建service
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[root@master ~]# kubectl create -f service-externalname.yaml
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||
service/service-externalname created
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||
# 域名解析
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[root@master ~]# dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local
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||
service-externalname.dev.svc.cluster.local. 30 IN CNAME www.baidu.com.
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||
www.baidu.com. 30 IN CNAME www.a.shifen.com.
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||
www.a.shifen.com. 30 IN A 39.156.66.18
|
||
www.a.shifen.com. 30 IN A 39.156.66.14
|
||
~~~
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||
## Ingress介绍
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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：
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- 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
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||
- 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
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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：
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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：
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- ingress：kubernetes中的一个对象，作用是定义请求如何转发到service的规则
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||
- 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
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||
Ingress（以Nginx为例）的工作原理如下：
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1. 用户编写Ingress规则，说明哪个域名对应kubernetes集群中的哪个Service
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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
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||
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
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||
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
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## Ingress使用
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### 环境准备
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**搭建ingress环境**
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~~~powershell
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# 创建文件夹
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[root@master ~]# mkdir ingress-controller
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[root@master ~]# cd ingress-controller/
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# 获取ingress-nginx，本次案例使用的是0.30版本
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[root@master ingress-controller]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
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||
[root@master ingress-controller]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
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||
# 修改mandatory.yaml文件中的仓库
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# 修改quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.30.0
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||
# 为quay-mirror.qiniu.com/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.30.0
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||
# 创建ingress-nginx
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||
[root@master ingress-controller]# kubectl apply -f ./
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||
# 查看ingress-nginx
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||
[root@master ingress-controller]# kubectl get pod -n ingress-nginx
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||
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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||
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
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ingress-nginx NodePort 10.98.75.163 <none> 80:32240/TCP,443:31335/TCP 11h
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~~~
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**准备service和pod**
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为了后面的实验比较方便，创建如下图所示的模型
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创建tomcat-nginx.yaml
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~~~yaml
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apiVersion: apps/v1
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kind: Deployment
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metadata:
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name: nginx-deployment
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||
namespace: dev
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||
spec:
|
||
replicas: 3
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||
selector:
|
||
matchLabels:
|
||
app: nginx-pod
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||
template:
|
||
metadata:
|
||
labels:
|
||
app: nginx-pod
|
||
spec:
|
||
containers:
|
||
- name: nginx
|
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image: nginx:1.17.1
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||
ports:
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||
- containerPort: 80
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||
|
||
---
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||
|
||
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
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||
ports:
|
||
- containerPort: 8080
|
||
|
||
---
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||
|
||
apiVersion: v1
|
||
kind: Service
|
||
metadata:
|
||
name: nginx-service
|
||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
selector:
|
||
app: nginx-pod
|
||
clusterIP: None
|
||
type: ClusterIP
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||
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
|
||
~~~
|
||
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||
~~~powershell
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||
# 创建
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[root@master ~]# kubectl create -f tomcat-nginx.yaml
|
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||
# 查看
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||
[root@master ~]# kubectl get svc -n dev
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NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
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||
nginx-service ClusterIP None <none> 80/TCP 48s
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||
tomcat-service ClusterIP None <none> 8080/TCP 48s
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||
~~~
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||
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||
### Http代理
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创建ingress-http.yaml
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||
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||
~~~yaml
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apiVersion: extensions/v1beta1
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kind: Ingress
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||
metadata:
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||
name: ingress-http
|
||
namespace: dev
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||
spec:
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||
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
|
||
~~~
|
||
|
||
~~~powershell
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||
# 创建
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||
[root@master ~]# kubectl create -f ingress-http.yaml
|
||
ingress.extensions/ingress-http created
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||
|
||
# 查看
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||
[root@master ~]# kubectl get ing ingress-http -n dev
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NAME HOSTS ADDRESS PORTS AGE
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||
ingress-http nginx.itheima.com,tomcat.itheima.com 80 22s
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||
|
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# 查看详情
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||
[root@master ~]# kubectl describe ing ingress-http -n dev
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||
...
|
||
Rules:
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||
Host Path Backends
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||
---- ---- --------
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||
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)
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||
...
|
||
|
||
# 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
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||
# 然后,就可以分别访问tomcat.itheima.com:32240 和 nginx.itheima.com:32240 查看效果了
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||
~~~
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||
### Https代理
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创建证书
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~~~powershell
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# 生成证书
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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"
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||
# 创建密钥
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kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt
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||
~~~
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||
|
||
创建ingress-https.yaml
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||
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||
~~~yaml
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||
apiVersion: extensions/v1beta1
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kind: Ingress
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||
metadata:
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||
name: ingress-https
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||
namespace: dev
|
||
spec:
|
||
tls:
|
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- hosts:
|
||
- nginx.itheima.com
|
||
- tomcat.itheima.com
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secretName: tls-secret # 指定秘钥
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rules:
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||
- host: nginx.itheima.com
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||
http:
|
||
paths:
|
||
- path: /
|
||
backend:
|
||
serviceName: nginx-service
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||
servicePort: 80
|
||
- host: tomcat.itheima.com
|
||
http:
|
||
paths:
|
||
- path: /
|
||
backend:
|
||
serviceName: tomcat-service
|
||
servicePort: 8080
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||
~~~
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||
~~~powershell
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# 创建
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[root@master ~]# kubectl create -f ingress-https.yaml
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||
ingress.extensions/ingress-https created
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# 查看
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[root@master ~]# kubectl get ing ingress-https -n dev
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NAME HOSTS ADDRESS PORTS AGE
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ingress-https nginx.itheima.com,tomcat.itheima.com 10.104.184.38 80, 443 2m42s
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# 查看详情
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||
[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)
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||
...
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# 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
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~~~ |