K8s新手系列之Service资源

概述

官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/service/

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。

简单点说就是：Service可以实现pod的负载均衡和服务发现功能，为访问Pod提供了统一的访问入口。

Service的类型

Service的类型有四类：分别是以下四类

ClusterIP

这是svc默认的类型，是k8s集群内部分配的虚拟IP，适用于集群内部进行访问，外部访问不到，但是可以使用 Ingress 或者 Gateway API 来公开服务。创建svc时会自动关联endpoints资源。

NodePort

在ClusterIP基础之上，多添加了对所有Worker节点实现端口映射的功能。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。

LoadBalancer

实现负载均衡的服务，主要应用场景是云厂商环境，它能够为服务提供外部可访问的 IP 地址。这种类型的服务通过云服务提供商的负载均衡器实现，允许外部流量进入集群中的 Pod。

ExternalName

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。

Service的作用

服务发现与负载均衡

• 服务发现：Kubernetes 中的 Pod 是动态创建和销毁的，它们的 IP 地址也是动态分配的。Service 为一组具有相同功能的 Pod 提供了一个固定的虚拟 IP 地址和 DNS 名称。其他组件可以通过这个固定的地址来访问这些 Pod，而无需关心具体 Pod 的 IP 地址变化。

• 负载均衡：Service 可以将流量均匀地分发到后端的多个 Pod 上，实现负载均衡的功能。这样可以确保应用能够处理大量的并发请求，提高系统的性能和可靠性。例如，一个 Web 应用可能由多个 Pod 组成，通过 Service 可以将用户的请求均衡地分配到这些 Pod 上，避免单个 Pod 因负载过高而出现性能问题。

应用解耦

• 解耦客户端与服务端：Service 使得客户端与后端服务的 Pod 之间实现了解耦。客户端只需要知道 Service 的地址，而不需要了解后端具体有哪些 Pod 以及它们的状态。当后端 Pod 发生变化（如扩容、缩容或升级）时，客户端无需进行任何修改，仍然可以通过 Service 正常访问服务。

• 支持微服务架构：在微服务架构中，不同的微服务之间通常需要相互调用。Service 为每个微服务提供了独立的访问入口，使得各个微服务可以独立地进行部署、扩展和升级，而不会影响到其他微服务。这种解耦方式提高了整个系统的可维护性和可扩展性。

提供稳定的网络端点

• 外部访问入口：对于需要对外提供服务的应用，Service 可以作为外部访问的入口点。通过将 Service 设置为 NodePort 类型或 LoadBalancer 类型，可以将服务暴露到集群外部，让外部用户能够访问到 Kubernetes 集群中的应用。

• 内部网络隔离：在 Kubernetes 集群内部，Service 还可以用于实现网络隔离。通过定义不同的 Service 和相应的访问规则，可以限制哪些 Pod 能够访问特定的服务，从而提高集群的安全性和稳定性。

方便应用管理与维护

• 统一管理：通过 Service，可以对一组相关的 Pod 进行统一的管理和配置。例如，可以通过 Service 来设置访问策略、监控指标收集等，而无需对每个 Pod 单独进行配置。

• 简化运维操作：当需要对应用进行升级、回滚或其他运维操作时，只需要对 Service 进行相应的配置修改，Kubernetes 会自动根据 Service 的定义来调整后端 Pod 的状态，从而简化了运维操作的复杂度。

Service的工作原理

Service 通过 Label Selector 来选择对应的 Pods，当 Service 接收到请求时，它会根据负载均衡算法将请求转发到后端的某个 Pod 上。K8s 中的 kube - proxy 组件负责在节点上维护网络规则，确保 Service 能够正确地将流量路由到后端 Pods。

Service的资源配置文件

apiVersion: v1          # API版本，Service属于核心API组，固定使用v1 kind: Service           # 资源类型为Service  metadata:               # 元数据，定义Service的标识信息   name: my-service      # Service名称，必须符合DNS标签规范   namespace: default    # 命名空间，默认为default   labels:               # 标签，用于组织和选择资源     app: my-app     tier: backend   annotations:          # 注解，用于存储非标识性元数据（如配置信息）     service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: nlb  spec:                   # 服务规范，定义Service的行为和关联的Pod   type: ClusterIP       # Service类型（ClusterIP/NodePort/LoadBalancer/ExternalName）      selector:             # 标签选择器，用于确定哪些Pod属于此服务     app: my-app     tier: backend      ports:                # 端口配置，定义服务如何接收流量   - name: http          # 端口名称，必须符合DNS标签规范     protocol: TCP       # 协议类型，支持TCP/UDP/SCTP，默认为TCP     port: 80            # 服务暴露的端口（集群内部访问使用）     targetPort: 8080    # 后端Pod接收流量的端口     nodePort: 30080     # NodePort类型时，节点上暴露的端口（30000-32767）      externalIPs:          # 外部IP列表，允许通过这些IP访问服务   - 80.11.12.10      sessionAffinity: None # 会话亲和性（None/ClientIP），默认为None   sessionAffinityConfig:  # 会话亲和性配置（仅当sessionAffinity为ClientIP时有效）     clientIP:       timeoutSeconds: 10800  # 客户端IP会话保持时间（秒）      loadBalancerIP: 70.42.103.12  # LoadBalancer类型时，指定负载均衡器的IP   loadBalancerSourceRanges:    # 限制访问LoadBalancer的客户端IP范围   - 10.0.0.0/8      externalName: my.database.example.com  # ExternalName类型时，指定外部域名      publishNotReadyAddresses: false  # 是否发布未就绪的端点，默认为false 

Service之ClusterIP实战

这是svc默认的类型，是k8s集群内部分配的虚拟IP，适用于集群内部进行访问，外部访问不到，但是可以使用 Ingress 或者 Gateway API 来公开服务。创建svc时会自动关联endpoints资源。

创建一个Deployment

[root@master01 ~/deploy]# cat deploy-nginx.yaml apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata:   name: deployment-nginx   namespace: default spec:   # 设置Pod的副本数量   replicas: 3   selector:     # 标签匹配规则     matchLabels:       app: nginx   template:     metadata:       name: pod-nginx       labels:         app: nginx     spec:       containers:       - name: container-nginx         image: nginx:1.14.1       restartPolicy: Always  # 创建deploy [root@master01 ~/deploy]# kubectl apply -f deploy-nginx.yaml deployment.apps/deployment-nginx created 

创建Service

# 定义service [root@master01 ~/service]# cat service-clusterip.yaml apiVersion: v1 kind: Service metadata:   # 需要和pod在一个命名空间内   namespace: default   name: nginx-svc-clusterip spec:   # 定义service的类型   type: ClusterIP   # 标签选择器，选择pod的标签，而不是deploy的标签   selector:     app: nginx   # 定义端口映射   ports:   - name: clusterip-nginx     # 访问service的端口     port: 6789     # 容器的端口     targetPort: 80     protocol: TCP  # 创建service [root@master01 ~/service]# kubectl apply -f service-clusterip.yaml service/nginx-svc-clusterip created 

查看service的详情

# 查看service [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide NAME                  TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE   SELECTOR nginx-svc-clusterip   ClusterIP   10.96.3.77   <none>        6789/TCP   91s   app=nginx  # 查看详情 [root@master01 ~/service]# kubectl describe svc nginx-svc-clusterip Name:              nginx-svc-clusterip Namespace:         default Labels:            <none> Annotations:       <none> Selector:          app=nginx Type:              ClusterIP IP Family Policy:  SingleStack IP Families:       IPv4 IP:                10.96.3.77 IPs:               10.96.3.77 Port:              clusterip-nginx  6789/TCP TargetPort:        80/TCP Endpoints:         100.117.144.188:80,100.117.144.189:80,100.95.185.217:80 Session Affinity:  None Events:            <none> 

注意看Endpoints字段，该字段对应的是关联的所有的pod的IP:PORT地址，service和pod之间的联系是通过endpoints实现的。

访问service

访问clusterip的service需要通过分配给service的IP和PORT进行访问

# 可以看到CLUSTER-IP字段分配的值是10.96.3.77，PORT(S)字段的值是6789（我们在资源配置文件中定义的） [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide NAME                  TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE   SELECTOR nginx-svc-clusterip   ClusterIP   10.96.3.77   <none>        6789/TCP   91s   app=nginx  # 访问service [root@master01 ~/service]# curl 10.96.3.77:6789 <!DOCTYPE html> <html> <body> <h1>Welcome to nginx!</h1> # 省略部分内容  <p><em>Thank you for using nginx.</em></p> </body> </html> 

Service之NodePort实战

ClusterIP只能在K8s集群内部访问，外部无法访问，而NodePort在ClusterIP基础之上，多添加了对所有Worker节点实现端口映射的功能。实现了外部访问Pod。
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deployment

# 定义资源文件 [root@master01 ~/deploy]# cat deploy-tomcat.yaml apiVersion: apps/v1 kind: Deployment metadata:   name: deployment-tomcat   namespace: default spec:   # 定义更新策略   strategy:     type: RollingUpdate     rollingUpdate:       maxSurge: 1       maxUnavailable: 1   replicas: 3   selector:     matchLabels:       app: tomcat   template:     metadata:       name: pod-tomcat       labels:         app: tomcat     spec:       containers:       - name: container-tomcat         image: tomcat:9.0       restartPolicy: Always # 创建deployment [root@master01 ~/deploy]# kubectl apply -f deploy-tomcat.yaml deployment.apps/deployment-tomcat created 

创建service

# 定义资源文件 [root@master01 ~/service]# cat service-nodeport.yaml apiVersion: v1 kind: Service metadata:   # 需要和pod在一个命名空间内   namespace: default   name: tomcat-svc-nodeport spec:   # 定义service的类型   type: NodePort   # 标签选择器，选择pod的标签，而不是deploy的标签   selector:     app: tomcat   # 定义端口映射   ports:   - name: nodeport-tomcat     # 访问service的端口     port: 16789     # 容器的端口     targetPort: 8080     # nodePort的取值是30000-32767，会随机生成，但建议配置     nodePort: 31180     protocol: TCP # 创建service [root@master01 ~/service]# kubectl apply -f service-nodeport.yaml service/tomcat-svc-nodeport created 

查看service

## 查看service [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide NAME                  TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE     SELECTOR tomcat-svc-nodeport   NodePort    10.96.0.110   <none>        16789:31180/TCP   54s     app=tomcat  # 查看详情 [root@master01 ~/service]# kubectl describe svc tomcat-svc-nodeport Name:                     tomcat-svc-nodeport Namespace:                default Labels:                   <none> Annotations:              <none> Selector:                 app=tomcat Type:                     NodePort IP Family Policy:         SingleStack IP Families:              IPv4 IP:                       10.96.0.110 IPs:                      10.96.0.110 Port:                     nodeport-tomcat  16789/TCP TargetPort:               8080/TCP NodePort:                 nodeport-tomcat  31180/TCP Endpoints:                <none> Session Affinity:         None External Traffic Policy:  Cluster Events:                   <none> 

访问service

访问nodeport的service可以通过集群内部的IP:PORT进行访问，也可以通过node节点的IP:PORT进行访问

通过所有node节点均可访问

## 查看service [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide NAME                  TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE     SELECTOR tomcat-svc-nodeport   NodePort    10.96.0.110   <none>        16789:31180/TCP   54s     app=tomcat  # 通过集群内部 curl 10.96.0.110:16789  # 通过node节点进行访问 curl 10.0.0.30:31180 curl 10.0.0.31:31180 curl 10.0.0.32:31180 

Service之ExternalName实战

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。

创建service

# 定义配置文件 [root@master01 ~/service]# cat service-externalname.yaml apiVersion: v1 kind: Service metadata:     name: baidu-externalname spec:     type: ExternalName     externalName: www.baidu.com     #ports:     #- name: baidu-name     #  port: 443            # 服务端口（集群内部使用）     #  targetPort: 443      # 外部服务实际端口     #  protocol: TCP # 创建service [root@master01 ~/service]# kubectl apply -f service-externalname.yaml service/baidu-externalname created 

查看详情

# 查看service [root@master01 ~/service]# kubectl get svc NAME                  TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)           AGE baidu-externalname    ExternalName   <none>        www.baidu.com   <none>            47s # 查看service详情 [root@master01 ~/service]# kubectl describe svc baidu-externalname Name:              baidu-externalname Namespace:         default Labels:            <none> Annotations:       <none> Selector:          <none> Type:              ExternalName IP Families:       <none> IP: IPs:               <none> External Name:     www.baidu.com Session Affinity:  None Events:            <none> 

验证集群内部访问

# 创建busybox容器进行访问测试 [root@master01 ~/service]# kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28 If you don't see a command prompt, try pressing enter.  # nslookup 验证 / # nslookup baidu-externalname Server:    10.96.0.10 Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local  Name:      baidu-externalname Address 1: 2409:8c00:6c21:118b:0:ff:b0e8:f003 Address 2: 2409:8c00:6c21:11eb:0:ff:b0bf:59ca Address 3: 39.156.70.239 Address 4: 39.156.70.46  # ping进行访问 / # ping  baidu-externalname PING baidu-externalname (39.156.70.239): 56 data bytes 64 bytes from 39.156.70.239: seq=0 ttl=127 time=15.301 ms 64 bytes from 39.156.70.239: seq=1 ttl=127 time=14.258 ms 64 bytes from 39.156.70.239: seq=2 ttl=127 time=29.040 ms 

Service之LoadBalancer（省略）

LoadBalancer目前没有云环境，在这儿先省略

Service的管理

查看Service

语法：

kubectl get svc <svc-name> -n <namespace> 

示例：

[root@master01 ~/service]# kubectl get svc NAME                  TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)           AGE baidu-externalname    ExternalName   <none>        www.baidu.com   <none>            23m kubernetes            ClusterIP      10.96.0.1     <none>          443/TCP           13d nginx-svc-clusterip   ClusterIP      10.96.3.77    <none>          6789/TCP          4d20h tomcat-svc-nodeport   NodePort       10.96.0.110   <none>          16789:31180/TCP   49m 

修改Service

有两种方式，一种是通过kubectl edit svc <svc-name>来进行修改，会打开一个类似vim的界面，修改其对应的值即可，最后wq保存即可应用你的配置.
另一种方式则是修改对应的资源文件，最后使用kubectl apply -f <file>即可。

删除Service

语法：

kubectl delete svc <svc-name> -n <namespace>