Service详解

service是k8s的流量负载组件中的一种，常用的流量负载组件有以下几种

• service ： 4层路由的负载
• ingress：7层路由的负载

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@node1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
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

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。

启用ipvs

# 此模式必须安装ipvs内核模块，否则会降级为iptables
# 开启ipvs
kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
# 修改mode: "ipvs"
kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
# 查看转发规则
ipvsadm -Ln

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

# 创建
kubectl create -f deployment.yaml

# 查看pod详情
kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels

# 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-6696798b78-jf25z -n dev /bin/sh
# echo "10.244.1.53" > /usr/share/nginx/html/index.html
kubectl exec -it pc-deployment-6696798b78-jlltk -n dev /bin/sh
# echo "10.244.2.71" > /usr/share/nginx/html/index.html
kubectl exec -it pc-deployment-6696798b78-pbclm -n dev /bin/sh
# echo "10.244.1.54" > /usr/share/nginx/html/index.html

#修改完毕之后，访问测试
curl 10.244.1.53
curl 10.244.2.71
curl 10.244.1.54

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
kubectl create -f service-clusterip.yaml

# 查看service
kubectl get svc -n dev -o wide

# 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
kubectl describe svc service-clusterip -n dev

# 查看ipvs的映射规则
ipvsadm -Ln

# 访问10.97.97.97:80观察效果
curl 10.97.97.97:80

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。

# 查看Endpoints
kubectl get endpoints -n dev -o wide

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】
ipvsadm -Ln

# 循环访问测试
while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done;

# 修改分发策略----sessionAffinity:ClientIP
kubectl delete -f service-clusterip.yaml
vi service-clusterip.yaml
kubectl create -f service-clusterip.yaml

# 查看ipvs规则【persistent 代表持久】
ipvsadm -Ln

# 循环访问测试
while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;
  
# 删除service
kubectl delete -f service-clusterip.yaml

修改分发策略

会发现同一个ip访问只会访问到一个固定的pod

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: Service
metadata:
  name: service-headliness
  namespace: dev
spec:
  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
kubectl create -f service-headliness.yaml

# 获取service， 发现CLUSTER-IP未分配
kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide

# 查看service详情
kubectl describe svc service-headliness -n dev

# 查看pod
kubectl get pods -n dev

# 查看域名的解析情况
# kubectl exec -ti pc-deployment-6696798b78-jf25z -- nslookup kubernetes.default
kubectl exec -it pc-deployment-6696798b78-jf25z -n dev /bin/sh
# cat /etc/resolv.conf

# 使用dig查询单个域名的 DNS 信息
dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local

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: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  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
kubectl create -f service-nodeport.yaml

# 查看service
kubectl get svc -n dev -o wide

# 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。

创建service-externalname.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: dev
spec:
  type: ExternalName # service类型
  externalName: www.baidu.com  #改成ip地址也可以

# 创建service
kubectl create -f service-externalname.yaml

# 域名解析
dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local