Hedon

# Service

虽然每个 Pod 都会分配一个单独的 Pod 的 IP 地址，我们也可以通过 Pod 的 IP 地址来访问资源，但是却存在如下的问题：

  • Pod 的 IP 会随着 Pod 的重建产生变化。
  • Pod 的 IP 仅仅是集群内部可见的虚拟的 IP，外部无法访问。

Service 可以看做是一组同类的 Pod 对外的访问接口，借助 Service，应用可以方便的实现服务发现和负载均衡。

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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。

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# 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-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.58.200:30401 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.3.13:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.3.14:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.3.15:80               Masq    1      0          0

# 一、Service 工作模式

kube-proxy 目前支持三种工作模式：

  • userspace
  • iptables
  • ipvs

# 1. 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（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。

# 2. 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 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。

# 3. 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，除此之外，ipvs 支持更多的 LB 算法。

  • ipvs 模式必须安装 ipvs 内核模块，否则会降级为 iptables

  • 开启 ipvs

    kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system

    编辑kube-proxy.gif

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

  • 测试 ipvs 模块是否开启成功

    [root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.16.58.200:30401 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.3.13:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.3.14:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.3.15:80               Masq    1      0          0 
.....

# 二、Service 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代理哪些Pod
    app: nginx
  type: NodePort # Service的类型，指定Service的访问方式，NodePort表示集群外可访问，ClusterIP表示集群内可见
  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 说明：

  • 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的支持
  • ExternalName：把集群外部的服务引入集群内部，直接使用

# 三、Service 五种类型

# 1. Cluster IP 类型的 Service

1.1 创建 Deployment

创建名为 nginx-deployment.yaml 的 Deployment，镜像设为 nginx:1.17.1，副本设为 3 个，内容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

创建 Deployment：

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f nginx-deployment.yaml 
deployment.apps/nginx-deployment created

查看 Deployment：

[root@k8s-master ~]# kubectl get deployment nginx-deployment
NAME               READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx-deployment   3/3     3            3           31s

1.2 暴露 Service

暴露名为 nginx-deployment 的 Deployment，并设置服务名为 nginx-service

[root@k8s-master ~]# kubectl expose deployment nginx-deployment --name=nginx-service --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80
service/nginx-service exposed

上述命令会产生一个 CLUSTER-IP，这个就是 Service 的IP，在 Service 的生命周期内，这个地址是不会变化的。

  • --name：就是创建的 Service 名称
  • --type：Service 类型，ClusterIP 表示集群内可见
  • --port：Service 暴露的端口
  • --target-port：指向集群中 Pod 的端口

1.3 查看 Service

[root@k8s-master ~]# kubectl get services nginx-service
NAME            TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx-service   ClusterIP   10.97.169.215   <none>        80/TCP    14s

1.4 访问

上面的 CLUSTER-IP 就是 nginx-service 暴露在集群内部的 IP 地址，集群内任意节点都可以通过该 IP 地址来访问 nginx-service：

[root@k8s-node1 ~]# curl 10.97.169.215:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width: 35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

# 2. NodePort 类型的 Service

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 。

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2.1 创建 Deployment

这里我们就上前面的 nginx-deployment 就可以了。

2.2 暴露 Service

这里将 --type 从 ClusterIP 改为 NodePort，NodePort 就表示外部可访问。

[root@k8s-master ~]# kubectl expose deployment nginx-deployment --name=nginx-service2 --type=NodePort --port=80 --target-port=80
service/nginx-service2 exposed

2.3 查看 Service

[root@k8s-master ~]# kubectl get service nginx-service2
NAME             TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx-service2   NodePort   10.109.69.223   <none>        80:32714/TCP   29s

这里我们可以看到：

  • TYPE 已经是 NodePort
  • PORT 不仅仅只有 80，还有一个 32714，这就是一个端口映射，外界想要访问我们这个 nginx-services，就要通过这个 32714 端口来访问。也就是说，我们访问 节点 IP：32714 就会映射到 10.109.69.223:80

2.4 宿主机访问 Service

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注意 IP 是 k8s-node1 或 k8s-node2 的 IP。

# 3. 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 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。

# 4. 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。

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# 5. 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-20210709103808924 
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
上次更新: 7/9/2021, 12:00:10 PM

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