7. 丈母娘嫌我不懂K8s的Service概念,让我去面壁

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10/22 07:54
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怎么跟你说 Service的出现,就是 解决ip不固定的问题 ,怎么解决呢 ? 听小刘慢慢道来

当Pod宕机后重新生成时,其IP等状态信息可能会变动,Service会根据Pod的Label对这些状态信息进行监控和变更,保证上游服务不受Pod的变动而影响。

一、Service 简介

1.1 Service 概念

Kubernetes Service定义了这样一种抽象: Service是一种可以访问 Pod逻辑分组的策略, Service通常是通过 Label Selector访问 Pod组。

Service能够提供负载均衡的能力,但是在使用上有以下限制:只提供 4 层负载均衡能力,而没有 7 层功能,但有时我们可能需要更多的匹配规则来转发请求,这点上 4 层负载均衡是不支持的

s 1.2 Service 类型

ServiceK8s中有以下四种类型:

① ClusterIp

默认类型,自动分配一个仅 Cluster内部可以访问的虚拟 IP ② NodePort

ClusterIP基础上为 Service在每台机器上绑定一个端口,这样就可以通过 : NodePort来访问该服务。 ③ LoadBalancer

NodePort的基础上,借助 Cloud Provider创建一个外部负载均衡器,并将请求转发到 NodePort ④ ExternalName

把集群外部的服务引入到集群内部来,在集群内部直接使用。没有任何类型代理被创建,这只有 Kubernetes 1.7或更高版本的 kube-dns才支持。

1.3 Service 基础导论

  • 客户端访问节点时通过 iptables实现的
  • iptables规则是通过 kube-proxy写入的
  • apiserver通过监控 kube-proxy去进行对服务和端点的监控
  • kube-proxy通过 pod的标签( lables)去判断这个断点信息是否写入到 Endpoints

img

二、代理

2.1 VIP 和 Service 代理

Kubernetes集群中,每个 Node运行一个 kube-proxy进程。 kube-proxy负责为 Service实现了一种 VIP(虚拟 IP)的形式,而不是 ExternalName的形式。在 Kubernetes v1.0版本,代理完全在 userspace。在 Kubernetes v1.1版本,新增了 iptables代理,但并不是默认的运行模式。从 Kubernetes v1.2起,默认就是 iptables代理。在 Kubernetes v1.8.0-beta.0中,添加了 ipvs代理。

Kubernetes 1.14版本开始默认使用 ipvs代理。

Kubernetes v1.0版本, Service是 4 层( TCP/ UDP over IP)概念。在 Kubernetes v1.1版本,新增了 Ingress APIbeta版),用来表示 7 层( HTTP)服务

为何不使用 round-robin DNS

DNS会在很多的客户端里进行缓存,很多服务在访问 DNS进行域名解析完成、得到地址后不会对 DNS的解析进行清除缓存的操作,所以一旦有他的地址信息后,不管访问几次还是原来的地址信息,导致负载均衡无效

2.2 代理模式分类

① userspace 代理模式 ② iptables 代理模式

③ ipvs 代理模式

ipvs代理模式中 kube-proxy会监视 Kubernetes Service对象和 Endpoints,调用 netlink接口以相应地创建 ipvs规则并定期与 Kubernetes Service对象和 Endpoints对象同步 ipvs规则,以确保 ipvs状态与期望一致。访问服务时,流量将被重定向到其中一个后端 Pod

iptables类似, ipvsnetfilterhook功能,但使用哈希表作为底层数据结构并在内核空间中工作。这意味着 ipvs可以更快地重定向流量,并且在同步代理规则时具有更好的性能。此外, ipvs为负载均衡算法提供了更多选项,例如:

  • rr:轮询调度
  • lc:最小连接数
  • dh:目标哈希
  • sh:源哈希
  • sed:最短期望延迟
  • nq:不排队调度

三、Service 使用

3.1 ClusterIp

ClusterIP主要在每个 node节点使用 iptables,将发向 ClusterIP对应端口的数据,转发到 kube-proxy中。然后 kube-proxy自己内部实现有负载均衡的方法,并可以查询到这个 service下对应 pod的地址和端口,进而把数据转发给对应的 pod的地址和端口。 为了实现图上的功能,主要需要以下几个组件的协同工作:

  • apiserver:用户通过 kubectl命令向 apiserver发送创建 service的命令, apiserver接收到请求后将数据存储到 etcd
  • kube-proxyKubernetes的每个节点中都有一个叫做 kube-porxy的进程,这个进程负责感知 servicepod的变化,并将变化的信息写入本地的 iptables规则中
  • iptables:使用 NAT等技术将 virtualIP的流量转至 endpoint

创建 myapp-deploy.yaml文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: stabel
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: stabel
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: wangyanglinux/myapp:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

创建 Service信息:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

执行命令:


[root@master service]
deployment.apps/myapp-deploy created
[root@master service]
NAME                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP            NODE      NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp-deploy-6cc7c66999-5n2dj   1/1     Running   0          16s     10.244.1.26   worker1   <none>           <none>
myapp-deploy-6cc7c66999-dfgqb   1/1     Running   0          16s     10.244.1.27   worker1   <none>           <none>
myapp-deploy-6cc7c66999-wz6zk   1/1     Running   0          16s     10.244.2.30   worker2   <none>           <none>

[root@master service]
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

[root@master service]
service/myapp created
[root@master service]
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
myapp        ClusterIP   10.104.96.7      <none>        80/TCP    8s

[root@master service]
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.104.96.7:80 rr
  -> 10.244.1.26:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.27:80               Masq    1      0          1
  -> 10.244.2.30:80               Masq    1      0          1

[root@master service]
myapp-deploy-6cc7c66999-5n2dj
[root@master service]
myapp-deploy-6cc7c66999-wz6zk
[root@master service]
myapp-deploy-6cc7c66999-dfgqb
[root@master service]
myapp-deploy-6cc7c66999-5n2dj

3.2 Handless Service

有时不需要或不想要负载均衡,以及单独的 Service IP。遇到这种情况,可以通过指定 spec.clusterIP的值为 None来创建 Headless Service 。这类 Service并不会分配 Cluster IPkube-proxy不会处理它们,而且平台也不会为它们进行负载均衡和路由。

[root@master service]

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-headless
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: myapp
  clusterIP: "None"
  ports:
  - port: 80
	targetPort: 80

[root@master service]

3.3 NodePort

NodePort的原理在于在 Node上开了一个端口,将向该端口的流量导入到 kube-proxy,然后由 kube-proxy进一步到给对应的 pod

创建 Service信息:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: myapp
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

执行命令:


[root@master service]
service/myapp configured
[root@master service]
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
myapp        NodePort    10.104.96.7      <none>        80:30333/TCP   46m

[root@master service]
tcp6       0      0 :::30333                :::*                    LISTEN      3459/kube-proxy

C:\Users\MrHu>curl 192.168.182.100:30333/hostname.html
myapp-deploy-6cc7c66999-5n2dj

3.4 LoadBalancer

LoadBalancerNodePort其实是同一种方式。区别在于 LoadBalancerNodePort多了一步,就是可以调用 Cloud provider去创建 LB来向节点导流。

3.5 ExternalName

这种类型的 Service通过返回 CNAME和它的值,可以将服务映射到 externalName字段的内容( 例: hub.hc.com )。 ExternalName ServiceService的特例,它没有 selector,也没有定义任何的端口和 Endpoint。相反的,对于运行在集群外部的服务,它通过返回该外部服务的别名这种方式来提供服务。

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service-1
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: hub.hc.com

当查询主机 my-service.defalut.svc.cluster.local时,集群的 DNS服务将返回一个值 hub.hc.comCNAME记录。访问这个服务的工作方式和其他的相同,唯一不同的是重定向发生在 DNS层,而且不会进行代理或转发。

四、Ingress

4.1 Ingress 简介

Service只支持4层负载均衡,而Ingress有7层功能

Nginx可以通过虚拟主机域名区分不同的服务,而每个服务通过 upstream进行定义不同的负载均衡池,再加上 location进行负载均衡的反向代理,在日常使用中只需要修改 nginx.conf即可实现,但是在 K8S中又该如何实现这种方式调度呢?

K8S引入了 ingress自动进行服务的调度, ingress包含两大组件: ingress controlleringress

  • ingress:修改 Nginx配置操作被抽象成了 ingress对象,
  • ingress controlleringress controller通过与 kubernetes API交互,动态的去感知进集群中 Ingress规则变化,然后读取它,然后读取它,按照它自己的模板生成一段 nginx配置,再写到 nginx Pod中,最后 reload以下,工作流程如下图:

Ingress 的安装

① 下载 Ingress镜像:

[root@master ingress]
REPOSITORY                                                       TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE

quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller   0.25.0              02149b6f439f        13 months ago       508MB

② 拷贝配置文件 mandatory.yamlservice-nodeport.yaml,位置参考 https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/tree/nginx-0.25.0/deploy/static

③ 部署 ingress-controller对外提供服务:


[root@master ingress]

[root@master ingress]
NAME                                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-ingress-controller-7995bd9c47-kldqr   1/1     Running   0          13h

④ 给 ingress-controller建立一个 servcie,接收集群外部流量


[root@master ingress]

[root@master ingress]
NAME            TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
ingress-nginx   NodePort   10.106.6.160   <none>        80:31347/TCP,443:32445/TCP   13h

4.2 Ingress HTTP 代理访问

创建 deploymentsvc

[root@master ingress]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-dm
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: wangyanglinux/myapp:v1
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx

[root@master ingress]

[root@master ingress]
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-dm-7d967c7ff5-kvz6f   1/1     Running   0          5m20s
nginx-dm-7d967c7ff5-wk4jv   1/1     Running   0          5m21s

[root@master ingress]
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx-svc    ClusterIP   10.100.57.201   <none>        80/TCP    16m

创建 ingress:

[root@master ingress]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-test
spec:
  rules:
    - host: www1.hc.com
      http:
        paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: nginx-svc
            servicePort: 80

[root@master ingress]

[root@master ingress]
NAME         HOSTS         ADDRESS   PORTS   AGE
nginx-test   www1.hc.com             80      23s

[root@master ingress]
NAME            TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
ingress-nginx   NodePort   10.106.6.160   <none>        80:31347/TCP,443:32445/TCP   13h

Window系统中配置 hosts后进行访问:

C:\Users\MrHu>curl www1.hc.com:31347/hostname.html
nginx-dm-7d967c7ff5-wk4jv

4.3 Ingress HTTPS 代理访问

创建证书,以及 cert存储方式:

[root@master cert]

[root@master cert]
secret/tls-secret created

[root@master cert]
NAME                  TYPE                                  DATA   AGE
default-token-cjdrb   kubernetes.io/service-account-token   3      6d14h
tls-secret            kubernetes.io/tls

创建 deploymentsvc:

[root@master ingress]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-https
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx2
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: wangyanglinux/myapp:v2
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc-2
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx2

[root@master ingress]

创建 ingress

[root@master ingress]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-https
spec:
  tls:
    - hosts:
      - www2.hc.com
      secretName: tls-secret
  rules:
    - host: www2.hc.com
      http:
        paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: nginx-svc-2
            servicePort: 80

[root@master ingress]

[root@master ingress]
NAME          TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx-svc-2   ClusterIP   10.106.108.145   <none>        80/TCP    10m

[root@master ingress]
NAME            TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE
ingress-nginx   NodePort   10.106.6.160   <none>        80:31347/TCP,443:32445/TCP   14h

Window系统中配置 hosts后进行访问:

4.4 进行 BasicAuth

[root@master ingress]

[root@master ingress]

[root@master ingress]

[root@master ingress]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-with-auth
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: 'Authentication Required - foo'
spec:
  rules:
  - host: auth.hc.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-svc-2
          servicePort: 80

[root@master ingress]

[root@master ingress]
NAME                HOSTS         ADDRESS   PORTS     AGE
ingress-with-auth   auth.hc.com             80        15s
nginx-https         www2.hc.com             80, 443   23m

Window系统中配置 hosts后进行访问:

4.5 Nginx进行重写

Nginx重写字段: 创建 ingress

[root@master ingress]
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-re
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: http://www1.hc.com:31347/hostname.html
spec:
  rules:
  - host: re.hc.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-svc
          servicePort: 80

[root@master ingress]

Window系统中配置 hosts后进行访问 re.hc.com:31347

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