k8s五: 深入理解Service

Myth丶恋晨 2022-11-07 14:34 235阅读 0赞

为什么需要Service？  
因为直接通过pod的IP+port获取服务存在如下两个问题：  
1）调用地址不稳定，pod可能出现故障，那么新的pod产生的IP和port都会发生变化  
2）集群(多实例)场景无法自动实现负载均衡

service怎么解决的问题？  
service本身有固定的Ip和port，且内部有负载均衡的实现，所以解决了上述问题

service相关指令

service选中的pod称为其endpoints  
kubectl get endpoints hostnames

\#获取hostnames对应的service  
kubectl get svc hostnames  
只有处于 Running 状态，且 readinessProbe 检查通过的 Pod，才会出现在 Service 的 Endpoints 列表里。并且，当某一个 Pod 出现问题时，Kubernetes 会自动把它从 Service 里摘除掉。

service 获取service和对应的endpoints  
kubectl get endpoints

获取服务详情   
kubectl get svc hostnames

service的实例和创建  
一个提供Web服务的RC：webapp-rc.yaml  
apiVersion: v1  
kind: ReplicationController  
metadata:  
 name: webapp  
spec:  
 replicas: 2  
 template:  
  metadata:  
   name: webapp  
   labels:  
    app: webapp  
  spec:  
   containers:  
   - name: webapp  
    image: tomcat  
    ports:  
    - containerPort: 8080  
创建该RC kubectl create -f webapp-rc.yaml  
获取Pod的Ip： kubectl get pods -l app=webapp -o yaml | grep podIP  
通过Pod 的Ip和端口号直接访问服务 curl ip:8080

通过创建service，让客户端能够访问到两个Tomcat Pod的实例  
方式1： kubectl expose rc webapp \#通过kubectl expose实现  
方式2： 定义并创建service：webapp-svc.yaml  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
 name: webapp  
spec:  
 ports:  
 - port: 8081 \#指定service的虚拟端口号  
  targetPort: 8080 \#对应到Pod容器的8080端口  
 selector:   
  app: webapp \#对应到拥有label（app=webapp）的Pod  
kubectl create -f webapp-svc.yaml  
kubectl get svc \#对应端口 ip  
访问service： surl ip:8081

service提供服务的实现原理：kube-proxy 组件，加上 iptables 来共同实现的。  
一旦service被提交给 Kubernetes，那么 kube-proxy 就可以通过 Service 的 Informer 感知到这样一个 Service 对象的添加。而作为对这个事件的响应，它就会在宿主机上创建一条 iptables 规则。  
经过该iptables 处理之后，访问 Service VIP 的 IP 包就已经变成了访问具体某一个后端 Pod 的 IP 包了。不难理解，这些 Endpoints 对应的 iptables 规则，正是 kube-proxy 通过监听 Pod 的变化事件，在宿主机上生成并维护的。  
不难想到，当你的宿主机上有大量 Pod 的时候，成百上千条 iptables 规则不断地被刷新，会大量占用该宿主机的 CPU 资源，甚至会让宿主机“卡”在这个过程中。所以说，一直以来，基于 iptables 的 Service 实现，都是制约 Kubernetes 项目承载更多量级的 Pod 的主要障碍。  
IPVS模式可以解决上述问题。  
核心：把对这些“规则”的处理放到了内核态，从而极大地降低了维护这些规则的代价。

k8s提供的负载均衡策略：  
1）轮询模式，默认模式  
2）会话模式：基于客户端IP地址进行的花花保持的模式,service.spec.sessionAffinity=ClientIP启用。

多端口service  
使用不同协议的两个端口号service  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
 name: webapp  
spec:  
 ports:  
 - port: 8080 \#service对外提供的端口  
   targetPort: 8080 \#对应到pod的8080端口  
   name: web \#对应的服务名称  
   protocol: TCP \#网络类型  
 - port: 8005  
   targetPort: 8080  
   name: web1  
   protocol: TCP

外部服务service  
如系统需要将一个外部数据库作为后端服务进行连接。  
1） 创建一个无label selector的service  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
 name: my-service  
spec:  
 ports:  
 - protocol: TCP  
  port: 80  
  targetPort: 80  
因为定义的service没有labelSelector，所以不会定义到任何Pod，需要手动创建一个和该service同名的Endpoint，用于指向实际的后端访问地址，  
2) endPoint的配置文件内容如下：  
kind: Endpoints  
apiVersion: v1  
metadat:   
 name: my-service \#和上面service名称完全一致  
subjects:  
\- address:  
 - IP: 1.2.3.4  
 ports:  
 - port: 80  
说明：上面没有标签选择器的Service建会被路由到用户手动定义的后端Endpoint上。

2.4.3 Headless Service  
应用场景：  
1）开发人员希望自己控制负载均衡的策略，不使用Service提供的默认负载均衡的功能。  
2）应用程序希望知道属于同组服务的其他实例  
原理：不为service设置clusterIp，仅通过Label selector将后端的Pod列表返回给调用的客户端。  
下面是一个Hedaless Service定义实例：  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
 name: nginx  
 labels:  
  app: nginx  
spec:  
 ports:  
 - port: 80  
 clusterIP: None  
 selector:  
  app: nginx  
说明：该service不再具有特定的clusterIp地址，对其进行访问会返回包含Label“app=nginx”的全部Pod列表。

2.4.4 集群外部访问Pod 或 service  
由于Pod和service的IP和port都是k8s集群范围内的虚拟概念，所以集群外的客户端无法访问。  
解决方案：  
将Pod和Service的端口号映射到宿主机，使得客户端应用能够通过物理机访问容器应用。  
Pod的两种实现方案：  
1）设置容器级别的hostPort: 将容器应用的端口映射到物理机上  
apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
 name: webapp  
 labels:  
  app: webapp  
spec:  
 containers:  
 - name: webapp  
  image: tomcat  
  ports:  
  - containerPort: 8080 \#容器的端口  
   hostPort: 8081 \#物理机端口，通过物理机IP和该port可以访问  
2）设置Pod级别的hostNetwork=true,将该Pod中所有容器的端口号都直接映射到物理机上。且默认hostPort等于containerPort  
apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  
 name: webapp  
 labels:  
  app: webapp  
spec:  
 hostNetwork: true   
 containers:  
 - name: webapp  
  image: tomcat  
  ports:  
  - containerPort: 8080 \#容器的端口,自动映射到物理机8080的端口

Service的实现方案  
1）通过nodePort映射到物理机，同时设置service的类型为NodePort  
通过node的物理Ip和暴露的nodePort暴露服务，但是没有办法进行负载均衡；所以此时一般会搭配别的slb服务  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
  name: my-nginx  
  labels:  
    run: my-nginx  
spec:  
  type: NodePort  
  ports:  
  - nodePort: 8080 \#物理机Ip+端口可以访问服务  
    targetPort: 80  
    protocol: TCP  
    name: http  
  - nodePort: 443  
    protocol: TCP  
    name: https  
  selector:  
    run: my-nginx

2 1.7版本之后支持的一个新特性，叫作 ExternalName和externalIPs。  
kind: Service  
apiVersion: v1  
metadata:  
  name: my-service  
spec:  
  type: ExternalName  
  externalName: my.database.example.com

externalIPs：

kind: Service  
apiVersion: v1  
metadata:  
  name: my-service  
spec:  
  selector:  
    app: MyApp  
  ports:  
  - name: http  
    protocol: TCP  
    port: 80  
    targetPort: 9376  
  externalIPs:  
  - 80.11.12.10  
在这里 Kubernetes 要求 externalIPs 必须是至少能够路由到一个 Kubernetes 的节点。

3 公有云上的 Kubernetes 服务。这时候，你可以指定一个 LoadBalancer 类型的 Service  
如：  
\---  
kind: Service  
apiVersion: v1  
metadata:  
  name: example-service  
spec:  
  ports:  
  - port: 8765  
    targetPort: 9376  
  selector:  
    app: example  
  type: LoadBalancer  
在上述 LoadBalancer 类型的 Service 被提交后，Kubernetes 就会调用 CloudProvider 在公有云上为你创建一个负载均衡服务，并且把被代理的 Pod 的 IP 地址配置给负载均衡服务做后端。  
kuebctl get svc :可以看到external-ip。我们就可以通过该ip+port来访问了。

由于每个 Service 都要有一个负载均衡服务，所以这个做法实际上浪费成本，更希望看到 Kubernetes 为我内置一个全局的负载均衡器。然后，通过我访问的 URL，把请求转发给不同的后端 Service。

对应的就是Kubernetes 里的 Ingress 服务。  
ingress对象的定义如下：  
apiVersion: extensions/v1beta1  
kind: Ingress  
metadata:  
  name: cafe-ingress  
spec:  
  tls:  
  - hosts:  
    - cafe.example.com  
    secretName: cafe-secret  
  rules:  
  - host: cafe.example.com  
    http:  
      paths:  
      - path: /tea  
        backend:  
          serviceName: tea-svc  
          servicePort: 80  
      - path: /coffee  
        backend:  
          serviceName: coffee-svc  
          servicePort: 80  
重点关注rules字段。  
host:该Ingress对象的入口，即当用户访问 cafe.example.com 的时候，实际上访问到的是这个Ingress对象。  
对应的值必须是一个标准的域名格式的字符串，而不能是 IP 地址。

path：定义具体规则，一个 path 都对应一个后端 Service，并且指明了对应的服务名称和端口。

实际的使用中，需要从社区里选择一个具体的 Ingress Controller，把它部署在 Kubernetes 集群里。  
目前， Nginx、HAProxy、Envoy、Traefik 等，都已经为 Kubernetes 专门维护了对应的 Ingress Controller。

大概以Nginx Ingress Controller 为例，看下实际使用过程。  
部署 Nginx Ingress Controller：  
1 创建pod:  
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/master/deploy/mandatory.yaml  
mandatory.yaml内容如下：

kind: ConfigMap  
apiVersion: v1  
metadata:  
  name: nginx-configuration  
  namespace: ingress-nginx  
  labels:  
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx  
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx  
\---  
apiVersion: extensions/v1beta1  
kind: Deployment  
metadata:  
  name: nginx-ingress-controller  
  namespace: ingress-nginx  
  labels:  
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx  
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx  
spec:  
  replicas: 1  
  selector:  
    matchLabels:  
      app.kubernetes.io/name: ingress-nginx  
      app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx  
  template:  
    metadata:  
      labels:  
        app.kubernetes.io/name: ingress-nginx  
        app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx  
      annotations:  
        ...  
    spec:  
      serviceAccountName: nginx-ingress-serviceaccount  
      containers:  
        - name: nginx-ingress-controller  
          image: quay.io/kubernetes-ingress-controller/nginx-ingress-controller:0.20.0  
          args:  
            - /nginx-ingress-controller  
            - --configmap=$(POD\_NAMESPACE)/nginx-configuration  
            - --publish-service=$(POD\_NAMESPACE)/ingress-nginx  
            - --annotations-prefix=nginx.ingress.kubernetes.io  
          securityContext:  
            capabilities:  
              drop:  
                - ALL  
              add:  
                - NET\_BIND\_SERVICE  
            \# www-data -> 33  
            runAsUser: 33  
          env:  
            - name: POD\_NAME  
              valueFrom:  
                fieldRef:  
                  fieldPath: metadata.name  
            - name: POD\_NAMESPACE  
            - name: http  
              valueFrom:  
                fieldRef:  
                  fieldPath: metadata.namespace  
          ports:  
            - name: http  
              containerPort: 80  
            - name: https  
              containerPort: 443  
mandatory.yaml定义了nginx-ingress-controller 镜像的 Pod，就是一个监听 Ingress 对象以及它所代理的后端 Service 变化的控制器。即一个新的 Ingress 对象由用户创建后，nginx-ingress-controller 就会根据 Ingress 对象里定义的内容，生成一份对应的 Nginx 配置文件（/etc/nginx/nginx.conf），并使用这个配置文件启动一个 Nginx 服务。而一旦 Ingress 对象被更新，nginx-ingress-controller 就会更新这个配置文件。

一个 Nginx Ingress Controller 为你提供的服务，其实是一个可以根据 Ingress 对象和被代理后端 Service 的变化，来自动进行更新的 Nginx 负载均衡器。

2 创建对应的service  
为了让用户能够用到这个 Nginx，我们就需要创建一个 Service 来把 Nginx Ingress Controller 管理的 Nginx 服务暴露出去，如下所示：  
$ kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/master/deploy/provider/baremetal/service-nodeport.yaml  
service-nodeport.yaml内容如下：  
apiVersion: v1  
kind: Service  
metadata:  
  name: ingress-nginx  
  namespace: ingress-nginx  
  labels:  
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx  
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx  
spec:  
  type: NodePort  
  ports:  
    - name: http  
      port: 80  
      targetPort: 80  
      protocol: TCP  
    - name: https  
      port: 443  
      targetPort: 443  
      protocol: TCP  
  selector:  
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx  
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx

Service 的唯一工作，就是将所有携带 ingress-nginx 标签的 Pod 的 80 和 433 端口暴露出去。

记录下这个 Service 的访问入口，即：宿主机的地址和 NodePort 的端口，如下所示：  
$ kubectl get svc -n ingress-nginx  
NAME            TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE  
ingress-nginx   NodePort   10.105.72.96   <none>        80:30044/TCP,443:31453/TCP   3h  
把上述访问入口设置为环境变量：  
$ IC\_IP=10.168.0.2 \# 任意一台宿主机的地址  
$ IC\_HTTPS\_PORT=31453 \# NodePort端口

然后：就是部署应用的Pod、service、secret、ingress对象

$ kubectl create -f cafe.yaml  
\#创建 Ingress 所需的 SSL 证书（tls.crt）和密钥（tls.key）  
$ kubectl create -f cafe-secret.yaml  
$ kubectl create -f cafe-ingress.yaml

访问服务：  
$ curl --resolve cafe.example.com:$IC\_HTTPS\_PORT:$IC\_IP https://cafe.example.com:$IC\_HTTPS\_PORT/coffee --insecure  
$ curl --resolve cafe.example.com:$IC\_HTTPS\_PORT:$IC\_IP https://cafe.example.com:$IC\_HTTPS\_PORT/tea --insecure

容器port ---> pod的port  
pod定义中containerPort: 80

pod的port ---> service的port  
service中的定义：  
spec:  
 ports:  
 - port: 8080 \#service对外提供的端口  
   targetPort: 8080 \#对应到pod的8080端口  
   name: web \#对应的服务名称  
   protocol: TCP \#网络类型

service的port --> node的port  
spec:  
 type: NodePort  
 ports:   
 - port: 8080  
  targetPort: 8080  
  nodePort: 8081 \#物理机Ip+端口可以访问服务  
此时可以通过node的ip+node的port访问单个节点的服务

node的port --> slb的port  
slb配置多个node的ip和port进行负载均衡

2.4.5 DNS服务搭建指南  
为了实现集群内能够通过服务名对服务进行访问。  
k8s提供的虚拟DNS服务名为skydns，由四个组件组成：  
1) etcd: DNS存储  
2）kube2sky：将kubenetes Msater中的service注册到etcd  
3）skyDNS：提供DNS域名解析服务  
4）healthz: 提供对skydns服务的健康检查功能

2.4.6 自定义DNS和上游DNS服务器

问题：  
线上的ssh的k8s集群怎么向外提供的服务？  
怎么向外部提供服务的？   
jude的k8s集群中的slb的service 和 slb服务是怎样的关系？

附：service定义属性

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNjA0Mzk2NzM5_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNjA0Mzk2NzM5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNjA0Mzk2NzM5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221023/700d8b83a8df4ccdbbc27bc1f5c99da7.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNjA0Mzk2NzM5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221023/2f9e8fa3b1324bc3ae49342c424e7264.png