• 7. 丈母娘嫌我不懂K8s的Service概念,让我去面壁


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    undefined

    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:UsersMrHu>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:UsersMrHu>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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