使用ingress暴露kubernetes集群内部的pod服务

太过爱你忘了你带给我的痛 2023-02-16 06:40 33阅读 0赞

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Kubernetes暴露服务的方式目前只有三种：LoadBlancer Service、ExternalName、NodePort Service、Ingress，使用四层负载均衡调度器service时，当客户端访问kubernetes集群内部的应用时，数据包的走向如下面流程所示：

client--->nodeip:port--->service ip:port--->podip:port

Ingress和Ingress Controller是什么？

我们把kubernetes集群内部的服务提供给外界访问会产生以下几个问题：

1、Pod 漂移问题

Kubernetes具有强大的副本控制能力，能保证在任意副本（Pod）挂掉时自动从其他机器启动一个新的，还可以动态扩容等，通俗地说，这个Pod可能在任何时刻出现在任何节点上，也可能在任何时刻死在任何节点上；那么自然随着Pod的创建和销毁，Pod IP 肯定会动态变化；那么如何把这个动态的Pod IP暴露出去？这里借助于Kubernetes的 Service 机制，Service可以以标签的形式选定一组带有指定标签的Pod，并监控和自动负载他们的Pod IP，那么我们向外暴露只暴露Service IP就行了；这就是NodePort模式：即在每个节点上开起一个端口，然后转发到内部Pod IP 上，如下图所示：

此时的访问方式：http://nodeip:nodeport/

![format_png][]

2、端口管理问题

采用NodePort方式暴露服务面临的问题是，服务一旦多起来，NodePort在每个节点上开启的端口会及其庞大，而且难以维护；这时，我们能否使用一个Nginx直接对内进行转发呢？众所周知的是，Pod与Pod之间是可以互相通信的，而Pod是可以共享宿主机的网络名称空间的，也就是说当在共享网络名称空间时，Pod上所监听的就是Node上的端口。那么这又该如何实现呢？简单的实现就是使用 DaemonSet 在每个Node上监听 80，然后写好规则，因为Nginx外面绑定了宿主机80端口（就像NodePort），本身又在集群内，那么向后直接转发到相应 Service IP 就行了，如下图所示：

![format_png 1][]

3、域名分配及动态更新问题

从上面的方法，采用Nginx-Pod似乎已经解决了问题，但是其实这里面有一个很大缺陷：当每次有新服务加入又该如何修改Nginx配置呢？我们知道使用Nginx可以通过虚拟主机域名进行区分不同的服务，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，那在K8S中又该如何实现这种方式的调度呢？假设后端的服务初始服务只有ecshop，后面增加了bbs和member服务，那么又该如何将这2个服务加入到Nginx-Pod进行调度呢？总不能每次手动改或者Rolling Update 前端Nginx Pod吧！此时Ingress出现了，如果不算上面的Nginx，Ingress 包含两大组件：Ingress Controller 和 Ingress。

![format_png 2][]

Ingress简单的理解就是你原来需要改Nginx配置，然后配置各种域名对应哪个 Service，现在把这个动作抽象出来，变成一个 Ingress 对象，你可以用 yaml 创建，每次不要去改Nginx 了，直接改yaml然后创建/更新就行了；那么问题来了：”Nginx 该怎么处理？”

Ingress Controller 这东西就是解决 “Nginx 的处理方式” 的；Ingress Controoler 通过与 Kubernetes API 交互，动态的去感知集群中Ingress规则变化，然后读取他，按照他自己模板生成一段 Nginx 配置，再写到 Nginx Pod 里，最后 reload 一下，工作流程如下图：

![format_png 3][]

实际上Ingress也是Kubernetes API的标准资源类型之一，它其实就是一组基于DNS名称（host）或URL路径把请求转发到指定的Service资源的规则。用于将集群外部的请求流量转发到集群内部完成的服务发布。我们需要明白的是，Ingress资源自身不能进行“流量穿透”，仅仅是一组规则的集合，这些集合规则还需要其他功能的辅助，比如监听某套接字，然后根据这些规则的匹配进行路由转发，这些能够为Ingress资源监听套接字并将流量转发的组件就是Ingress Controller。

注：Ingress控制器不同于Deployment控制器的是，Ingress控制器不直接运行为kube-controller-manager的一部分，它仅仅是Kubernetes集群的一个附件，类似于CoreDNS，需要在集群上单独部署。

4.Ingress Controllers是什么？

Ingress Controller是一个七层负载均衡调度器，客户端的请求先到达这个七层负载均衡调度器，由七层负载均衡器在反向代理到后端pod，常见的七层负载均衡器有nginx，traefik等，以我们熟悉的nginx为例，假如请求到达nginx，会通过upstream反向代理到后端pod，但是后端pod的ip地址是一直在变化的，因此在后端pod前需要加一个service，这个service只是起到分组的作用，那么我们upstream只需要填写service地址即可。

常见的七层负载均衡调度器有哪些：

nginx：需要手动加载配置文件

traefik：定期自动加载配置文件，不需要手动干预，在微服务中几乎都会使用这种调度器

5.Ingress是什么？

官方：https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/

ingress官网定义：ingress可以把进入到集群内部的请求转发到集群中的一些服务上，从而可以把服务暴露到集群外部。Ingress 能把集群内Service 配置成外网能够访问的URL，流量负载均衡，提供基于域名访问的虚拟主机等；ingress是k8s中的资源，当service关联的后端pod ip地址发生变化，就会把这些变化信息保存在ingress中，由ingress注入到七层负载均衡调度器ingress controller中，也就是把信息传入到七层负载均衡调度器的配置文件中，并且重新加载使配置生效，Ingress 可以用来规定HTTP/S请求应该被转发到哪个 Service 上，比如根据请求中不同的Host和url路径让请求落到不同的 Service 上

6.总结：

Ingress Controller：

Ingress Controller 可以理解为控制器，它通过不断的跟 Kubernetes API 交互，实时获取后端 Service、Pod 的变化，比如新增、删除等，然后结合 Ingress 定义的规则生成配置，然后动态更新上边的 Nginx 或者trafik负载均衡器，并刷新使配置生效，来达到服务自动发现的作用。

Ingress：

Ingress 是定义规则，通过它定义某个域名的请求过来之后转发到集群中指定的 Service。它可以通过 Yaml 文件定义，可以给一个或多个 Service 定义一个或多个 Ingress 规则。

7.使用七层负载均衡调度器的步骤

（1）部署ingress controller，我们ingress controller使用的是traefik

（2）创建service，用来分组pod

（3）创建pod应用，可以通过控制器创建pod

（4）创建ingress http，测试通过http访问k8s内部pod

（5）创建ingress https，测试通过https访问k8s内部pod

8.客户端通过七层调度器访问后端pod的方式

使用七层负载均衡调度器ingress controller时，当客户端访问kubernetes集群内部的应用时，数据包走向如下面流程所示：

client--->Nodeip:port----->IngressController--->service--->pod

![format_png 4][]

如何创建Ingress资源

Ingress资源是基于HTTP虚拟主机或URL的转发规则，需要强调的是，这是一条转发规则。它在资源配置清单中的spec字段中嵌套了rules、backend和tls等字段进行定义。如下示例中定义了一个Ingress资源，其包含了一个转发规则：将发往tomcat.lucky.com的请求，代理给一个名字为myapp的Service资源。

apiVersion: extensions/v1beta1    
    kind: Ingress    
    metadata:      
      name: ingress-myapp   
      namespace: default     
      annotations:          
        kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    spec:     
      rules:   
      - host: tomcat.lucky.com   
        http:
          paths:       
          - path:       
            backend:    
              serviceName: myapp
              servicePort: 80

Ingress中的spec字段是Ingress资源的核心组成部分，主要包含以下3个字段：

**rules：**用于定义当前Ingress资源的转发规则列表；由rules定义规则，或没有匹配到规则时，所有的流量会转发到由backend定义的默认后端。

**backend：**默认的后端用于服务那些没有匹配到任何规则的请求；定义Ingress资源时，必须要定义backend或rules两者之一，该字段用于让负载均衡器指定一个全局默认的后端。

**tls：**TLS配置，目前仅支持通过默认端口443提供服务，如果要配置指定的列表成员指向不同的主机，则需要通过SNI TLS扩展机制来支持该功能。

backend对象的定义由2个必要的字段组成：serviceName和servicePort，分别用于指定流量转发的后端目标Service资源名称和端口。rules对象由一系列的配置的Ingress资源的host规则组成，这些host规则用于将一个主机上的某个URL映射到相关后端Service对象，其定义格式如下：

spec:
      rules:
      - hosts: <string>
        http:
          paths:
          - path:
            backend:
              serviceName: <string>
              servicePort: <string>

需要注意的是，.spec.rules.host属性值，目前暂不支持使用IP地址定义，也不支持IP:Port的格式，该字段留空，代表着通配所有主机名。tls对象由2个内嵌的字段组成，仅在定义TLS主机的转发规则上使用。

**hosts：**包含 于 使用 的 TLS 证书 之内 的 主机 名称 字符串 列表， 因此， 此处 使用 的 主机 名 必须 匹配 tlsSecret 中的 名称。

**secretName：** 用于 引用 SSL 会话 的 secret 对象 名称， 在 基于 SNI 实现 多 主机 路 由 的 场景 中， 此 字段 为 可选。

Ingress资源类型

Ingress的资源类型有以下4种：

1、单Service资源型Ingress
    2、基于URL路径进行流量转发
    3、基于主机名称的虚拟主机
    4、TLS类型的Ingress资源

单Service资源型Ingress

暴露单个服务的方法有多种，如NodePort、LoadBanlancer等等，当然也可以使用Ingress来进行暴露单个服务，只需要为Ingress指定default backend即可，如下示例：

apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Ingress
    metadata:
      name: my-ingress
    spec:
      backend:
        serviceName: my-svc
        servicePort: 80

Ingress控制器会为其分配一个IP地址接入请求流量，并将其转发至后端my-svc

Ingress Nginx部署

使用Ingress功能需要如下步骤：

1、安装部署ingress controller Pod
    2、部署后端服务
    3、部署ingress-nginx service
    4、部署ingress

1.安装Ingress Controller

1）把Ingress相关的yaml文件传到k8s的master节点的/root/test目录

mkdir /root/test

需要上传到这个目录下的yaml文件为

Ingress相关的yaml文件在百度网盘，地址如下：

链接：https://pan.baidu.com/s/1SF9Ni0CK0QmTFDEglmejiA 
    提取码：61co

2）创建ingress-nginx名称空间

kubectl apply -f namespace.yaml

3）创建ingress controller的pod

kubectl apply -f .

4）测试部署是否成功

kubectl get all -n ingress-nginx

显示如下，说明部署成功了：

NAME                                            READY   STATUS    RESTARTS   AGE
    pod/default-http-backend-78d75577fd-g4b8n       1/1     Running   0          3m2s
    pod/nginx-ingress-controller-7c7d57b55d-ng2gr   1/1     Running   0          3m2s
    
    
    NAME                           TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
    service/default-http-backend   ClusterIP   10.106.23.48   <none>        80/TCP    3m2s
    
    
    NAME                                       READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
    deployment.apps/default-http-backend       1/1     1            1           3m2s
    deployment.apps/nginx-ingress-controller   1/1     1            1           3m2s
    
    
    NAME                                                  DESIRED   CURRENT   READY   AGE
    replicaset.apps/default-http-backend-78d75577fd       1         1         1       3m2s
    replicaset.apps/nginx-ingress-controller-7c7d57b55d   1         1         1       3m2s

2.部署后端服务

1）部署后端服务

mkdir /root/test/ingress  && cd  /root/test/ingress

cat deploy-demo.yaml

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: myapp
      namespace: default
    spec:
      selector:
        app: myapp
        release: canary
      ports:
      - name: http
        targetPort: 80
        port: 80
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: myapp-backend-pod
      namespace: default
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: myapp
          release: canary
      template:
        metadata:
          labels:
            app: myapp
            release: canary
        spec:
          containers:
          - name: myapp
            image: ikubernetes/myapp:v2
            ports:
            - name: http
              containerPort: 80

2）更新yaml文件

kubectl apply -f deploy-demo.yaml

3）查看pod是否部署成功

kubectl get pods

**显示如下，说明部署成功：**

myapp-backend-pod-559ff5c66-6jgjs     1/1     Running   0          6s
    myapp-backend-pod-559ff5c66-fthgt     1/1     Running   0          6s
    myapp-backend-pod-559ff5c66-xtz6z     1/1     Running   0          6s

3.部署ingress-nginx service

通过ingress-controller对外提供服务，现在还需要手动给ingress-controller建立一个service，接收集群外部流量。方法如下：

1）下载ingress-controller的yaml文件

cat service-nodeport.yaml

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: ingress-nginx
      namespace: ingress-nginx
      labels:
        app: ingress-nginx
    spec:
      type: NodePort
      ports:
        - name: http
          port: 80
          targetPort: 80
          protocol: TCP
          nodePort: 30080
        - name: https
          port: 443
          targetPort: 443
          protocol: TCP
          nodePort: 30443
      selector:
        app: ingress-nginx

2）创建ingress-controller的service

kubectl apply -f service-nodeport.yaml

查看service是否创建成功

kubectl get svc -n ingress-nginx

**显示如下，说明创建成功:**

ingress-nginx          NodePort    10.101.70.164   <none>        80:30080/TCP,443:30443/TCP   90s

3）浏览器访问ingress-controller的service

192.168.0.6:30080

注：192.168.0.6是k8s的master节点ip

此时应该是404 ，调度器是正常工作的，但是后端服务没有关联

![format_png 5][]

4.部署ingress

（1）编写ingress的配置清单

cat ingress-myapp.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1          #api版本
    kind: Ingress           #清单类型
    metadata:                       #元数据
      name: ingress-myapp    #ingress的名称
      namespace: default     #所属名称空间
      annotations:           #注解信息
        kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    spec:      #规格
      rules:   #定义后端转发的规则
      - host: tomcat.lucky.com    #通过域名进行转发
        http:
          paths:       
          - path:       #配置访问路径，如果通过url进行转发，需要修改；空默认为访问的路径为"/"
            backend:    #配置后端服务
              serviceName: myapp
              servicePort: 80

2）更新yaml文件

kubectl apply -f ingress-myapp.yaml

3）查看ingress-myapp的详细信息

kubectl describe ingress ingress-myapp

**显示如下：**

Name:             ingress-myapp
    Namespace:        default
    Address:          
    Default backend:  default-http-backend:80 (<error: endpoints "default-http-backend" not found>)
    Rules:
      Host              Path  Backends
      ----              ----  --------
      tomcat.lucky.com  
                           myapp:80 (10.244.1.57:80,10.244.1.58:80,10.244.1.59:80)
    Annotations:        kubernetes.io/ingress.class: nginx
    Events:
      Type    Reason  Age   From                      Message
      ----    ------  ----  ----                      -------
      Normal  CREATE  44s   nginx-ingress-controller  Ingress default/ingress-myapp

4）修改本地host文件，下面的ip是k8s的master节点ip

192.168.0.6  tomcat.lucky.com

5）浏览器访问tomcat.lucky.com:30080

**出现如下：**

![format_png 6][]

5.部署ingress-测试代理tomcat服务

1）部署tomcat服务

cat tomcat-demo.yaml

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: tomcat
      namespace: default
    spec:
      selector:
        app: tomcat
        release: canary
      ports:
      - name: http
        targetPort: 8080
        port: 8080
      - name: ajp
        targetPort: 8009
        port: 8009
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: tomcat-deploy
      namespace: default
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: tomcat
          release: canary
      template:
        metadata:
          labels:
            app: tomcat
            release: canary
        spec:
          containers:
          - name: tomcat
            image: tomcat:8.5.34-jre8-alpine   
            ports:
            - name: http
              containerPort: 8080
              name: ajp
              containerPort: 8009

2）更新yaml文件

kubectl apply -f tomcat-demo.yaml

3）查看tomcat的pod是否部署成功

kubectl get pods

显示如下，说明创建成功：

tomcat-deploy-8655579b6c-5dfqw        1/1     Running   0          83s
    tomcat-deploy-8655579b6c-9d79c        1/1     Running   0          83s
    tomcat-deploy-8655579b6c-qmc62        1/1     Running   0          83s

4）编写tomcat的ingress规则，并创建ingress资源

cat ingress-tomcat.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Ingress
    metadata:
      name: tomcat
      namespace: default
      annotations:
        kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    spec:
      rules:
      - host: tomcat.lucky6.com    #主机域名
        http:
          paths:
          - path:
            backend:
              serviceName: tomcat
              servicePort: 8080

更新yaml文件：

kubectl apply -f ingress-tomcat.yaml

修改本地host文件，下面的ip是k8s的master节点ip

192.168.0.6  tomcat.lucky6.com

5）浏览器访问tomcat.lucky6.com:30080

可看到出现如下界面：

![format_png 7][]

6）总结

从前面的部署过程中，可以再次进行总结部署的流程如下：

①下载Ingress-controller相关的YAML文件，并给Ingress-controller创建独立的名称空间；

②部署后端的服务，如myapp，并通过service进行暴露；

③部署Ingress-controller的service，以实现接入集群外部流量；

④部署Ingress，进行定义规则，使Ingress-controller和后端服务的Pod组进行关联。

构建TLS站点

（1）准备证书，在k8s的master节点操作

openssl genrsa -out tls.key 2048

openssl req -new -x509 -key tls.key -out tls.crt -subj /C=CN/ST=Beijing/L=Beijing/O=DevOps/CN=tomcat.lucky.com

（2）生成secret，在k8s的master节点操作

kubectl create secret tls tomcat-ingress-secret --cert=tls.crt --key=tls.key

（3）查看secret

kubectl get secret

显示如下：

tomcat-ingress-secret   kubernetes.io/tls                     2      56s

（4）查看tomcat-ingress-secret详细信息

kubectl describe secret tomcat-ingress-secret

显示如下：

Name:         tomcat-ingress-secret
    Namespace:    default
    Labels:       <none>
    Annotations:  <none>
    Type:  kubernetes.io/tls
    Data
    ====
    tls.key:  1679 bytes
    tls.crt:  1294 bytes

（5）创建ingress

cat ingress-tomcat-tls.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
    kind: Ingress
    metadata:
      name: ingress-tomcat-tls
      namespace: default
      annotations:
        kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    spec:
      tls:
      - hosts:
        - tomcat.lucky.com
        secretName: tomcat-ingress-secret
      rules:
      - host: tomcat.lucky.com
        http:
          paths:
          - path:
            backend:
              serviceName: tomcat
              servicePort: 8080

更新yaml文件

kubectl apply -f ingress-tomcat-tls.yaml

（6）访问测试：

https://tomcat.lucky.com:30443/

上面最好火狐浏览器访问，选择接受风险并继续即可出现如下界面

![format_png 8][]

**注：**如果访问http强制跳转到https，需要在ingress的annotations下加一行注解nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: 'false'

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**参考文档如下：**

https://www.cnblogs.com/linuxk/p/9706720.html

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[kubernetes]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106369123
[DevOps]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106435859
[kubernetes_-]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106346164
[kubernetes_-k8s]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106030727
[kubernetes_-kubectl]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106168939
[kubernetes_EFK]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/105852646
[Kubernetes_MySQL]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106089098
[Prometheus_Grafana_Alertmanager_-]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106294097
[k8s1.18_master_-]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106089099
[Kubernetes Pod_-livenessProbe_readinessProbe]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106394498
[kubernetes pod_-postStart_preStop]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/106485489
[k8s]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/105828889
[-tomcat]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/105926564
[-tomcat_java_close_wait]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0NjEwMTg4Mg%3D%3D&chksm=fb638c56cc140540a8015c902c5b38ae6fc9245ab09687e63084b0c3c4a10cb1fe8c4627efd4&idx=1&mid=2247484227&scene=21&sn=6900363f032604263553ed5f6b04b81f#wechat_redirect
[linux]: https://blog.csdn.net/weixin_38320674/article/details/105985731
[kubernetes_k8s]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0NjEwMTg4Mg%3D%3D&chksm=fb638a31cc14032772d778f1a8fa5dc73f9aba6c99546c9ab25d9f91f706be3cff34572f0c1a&idx=1&mid=2247484708&scene=21&sn=2a7230ade0ce0bd9059e92752e03ba18#wechat_redirect
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