Service详解
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@master ~]# ipvsadm -Ln IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConnTCP 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 //查看iptables防火墙规则 [root@master ~]# iptables -t nat -nvL 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 //使用kubectl api-resources可以查看cm是什么？ [root@k8s-master01 ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system # 修改mode: "ipvs" [root@k8s-master01 ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system [root@node1 ~]# ipvsadm -LnIP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConnTCP 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@k8s-master01 ~]# kubectl create -f deployment.yaml deployment.apps/pc-deployment created # 查看pod详情 [root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels NAME READY STATUS IP NODE LABELS pc-deployment-66cb59b984-8p84h 1/1 Running 10.244.1.39 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 10.244.1.40 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 "10.244.1.39" > /usr/share/nginx/html/index.html #修改完毕之后，访问测试 [root@k8s-master01 ~]# curl 10.244.1.3910.244.1.39 [root@k8s-master01 ~]# curl 10.244.2.3310.244.2.33 [root@k8s-master01 ~]# curl 10.244.1.4010.244.1.40 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@k8s-master01 ~]# kubectl create -f service-clusterip.yaml service/service-clusterip created # 查看service [root@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# 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: NoneEvents: <none> # 查看ipvs的映射规则 [root@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# curl 10.97.97.97:8010.244.2.33 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。
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@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done; 10.244.1.4010.244.1.3910.244.2.3310.244.1.4010.244.1.3910.244.2.33 # 修改分发策略----sessionAffinity:ClientIP # 查看ipvs规则【persistent 代表持久】 [root@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;10.244.2.3310.244.2.3310.244.2.33 # 删除service [root@k8s-master01 ~]# 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: Servicemetadata: name: service-headliness namespace: devspec: 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@k8s-master01 ~]# kubectl create -f service-headliness.yaml service/service-headliness created # 获取service， 发现CLUSTER-IP未分配 [root@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# 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: Servicemetadata: name: service-nodeport namespace: devspec: 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@k8s-master01 ~]# kubectl create -f service-nodeport.yaml service/service-nodeport created # 查看service [root@k8s-master01 ~]# 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: Servicemetadata: name: service-externalname namespace: devspec: type: ExternalName # service类型 externalName: www.baidu.com #改成ip地址也可以 # 创建service [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f service-externalname.yaml service/service-externalname created # 域名解析 [root@k8s-master01 ~]# 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@k8s-master01 ~]# mkdir ingress-controller [root@k8s-master01 ~]# cd ingress-controller/ # 获取ingress-nginx，本次案例使用的是0.30版本 [root@k8s-master01 ingress-controller]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml [root@k8s-master01 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@k8s-master01 ingress-controller]# kubectl apply -f ./ # 查看ingress-nginx [root@k8s-master01 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@k8s-master01 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@k8s-master01 ~]# kubectl create -f tomcat-nginx.yaml # 查看 [root@k8s-master01 ~]# 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: ingressClassName: nginx rules: - host: nginx.itwangqing.com http: paths: - path: / pathType: Prefix backend: service: name: nginx-service port: 80 - host: tomcat.itwangqing.com http: paths: - path: / pathType: Prefix backend: service: name: tomcat-service port: 8080 # 创建 [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f ingress-http.yaml ingress.extensions/ingress-http created # 查看 [root@k8s-master01 ~]# kubectl get ing ingress-http -n dev NAME HOSTS ADDRESS PORTS AGE ingress-http nginx.itwangqing.com,tomcat.itwangqing.com 80 22s # 查看详情 [root@k8s-master01 ~]# kubectl describe ing ingress-http -n dev ...Rules: Host Path Backends ---- ---- -------- nginx.itwangqing.com / nginx-service:80 (10.244.1.96:80,10.244.1.97:80,10.244.2.112:80) tomcat.itwangqing.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.itwangqing.com:32240 和 nginx.itwangqing.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=itwangqing.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: Ingressmetadata: name: ingress-https namespace: devspec: tls: - hosts: - nginx.itwangqing.com - tomcat.itwangqing.com secretName: tls-secret # 指定秘钥 rules: - host: nginx.itwangqing.com http: paths: - path: / backend: serviceName: nginx-service servicePort: 80 - host: tomcat.itwangqing.com http: paths: - path: / backend: serviceName: tomcat-service servicePort: 8080 # 创建 [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f ingress-https.yaml ingress.extensions/ingress-https created # 查看 [root@k8s-master01 ~]# kubectl get ing ingress-https -n dev NAME HOSTS ADDRESS PORTS AGE ingress-https nginx.itwangqing.com,tomcat.itwangqing.com 10.104.184.38 80, 443 2m42s # 查看详情 [root@k8s-master01 ~]# kubectl describe ing ingress-https -n dev ...TLS: tls-secret terminates nginx.itwangqing.com,tomcat.itwangqing.comRules: Host Path Backends ---- ---- -------- nginx.itwangqing.com / nginx-service:80 (10.244.1.97:80,10.244.1.98:80,10.244.2.119:80) tomcat.itwangqing.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.itwangqing.com:31335 和 https://tomcat.itwangqing.com:31335来查看了 
