K8S service 简单介绍

2024-02-11 15:35:28

Service 的概念

Kubernetes Service 定义了这样一种抽象：一个 Pod 的逻辑分组，一种可以访问到它们的策略 -- 通常成为微服务。这一组 Pod 能够被 Service 访问到，通常是通过 Label Selector。

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

Service 的类型

Service 在 K8s 中有以下四种类型

ClusterIp: 默认类型，自动分配一个仅 Cluster 内部可以访问的虚拟IP
NodePort: 在 ClusterlP 基础上为 Service 在台机器上绑定一个端口，这样就叫以通过：NodePort来访问该服务
LoadBalancer: 在 NodePort 的基础上，借肋 cloud provider 创建一个外部负载均衡器，将清求转发到：NodePort
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 更高版本的 kube-dns 才支持。

IPVS 代理模式

这种模式，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,以保持 ipvs 状态与期望一致。访问服务时，流量被重定向到其中一个后端 Pod

与 iptables 类似，ipvs 于 netfilter 的 hook 功能，但使用哈希表作为底层数据结构井在内核空间中工作。这意味着 ipvs 可以更快地重定同流量，且在同步代理规则时具有更好的性能。此外，ipvs 为负载均衡算法捏供了更多选顶，例如：

rr: 轮询调度
lc：最小连数数
dh：目标哈希
sh：源哈希
sed：最短期望延迟
mq：不排队调度

ClusterIP

clusterIP 主要在每个 node 节点使用 ipvs,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收到请求后将数据存储到 etcd 中
kube-proxy kubernetes 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service，pod 的变化，井将变化的信息写入本地的ipvs规则中
ipvs 使用 NAT 等技术将 virtualIP 的流量转至 endpoint 中

cat myapp-deploy.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: stable
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: stable
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: wangyanglinux/myapp:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent

kubectl apply -f myapp-deploy.yaml 

cat myapp-service.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp
    release: stable
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

kubectl apply -f myapp-service.yaml

kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP   14d
myapp        ClusterIP   10.101.27.218   <none>        80/TCP    35m

ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)   
TCP  10.101.27.218:80 rr
  -> 10.244.1.24:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.25:80               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.18:80               Masq    1      0          0         
   
[root@k8s-master01 service]# curl 10.101.27.218
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
[root@k8s-master01 service]# curl 10.101.27.218/hostname.html
myapp-deploy-56db789b9b-xqlj8
[root@k8s-master01 service]# curl 10.101.27.218/hostname.html
myapp-deploy-56db789b9b-b8p6h
[root@k8s-master01 service]# curl 10.101.27.218/hostname.html
myapp-deploy-56db789b9b-7th62
[root@k8s-master01 service]# curl 10.101.27.218/hostname.html
myapp-deploy-56db789b9b-xqlj8

Headless Service

有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 Cluster
IP(spec.clusterIP)的值为 "None" 来创建 Headless Service。这类Service并不会分配Cluster IP，kube-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。

cat myapp-deploy.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: stable
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: stable
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: wangyanglinux/myapp:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent

kubectl apply -f myapp-deploy.yaml 

cat myapp-svc-headless.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-headless
spec:
  clusterIP: "None"
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

kubectl apply -f myapp-svc-headless.yaml 

# 找到其中一个 coredns 的 ip
kubectl get pod -o wide -n kube-system

# 解析
dig -t A myapp-headless.default.svc.cluster.local. @10.244.0.21
;; ANSWER SECTION:
myapp-headless.default.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.26
myapp-headless.default.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.2.19
myapp-headless.default.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.27

NodePort

在 node 上开了一个端口，将向该端口的流量导入 kube-proxy，然后由 kube-proxy进一步到给对应的 pod

cat myapp-svc-nodeport.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-svc-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: myapp
    release: stable
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

kubectl apply -f myapp-svc-nodeport.yaml

[root@k8s-master01 service]# kubectl get svc
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes           ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        15d
myapp-svc-nodeport   NodePort    10.100.137.168   <none>        80:32299/TCP   3m41s

[root@k8s-master01 service]# curl 192.168.31.205:32299
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
[root@k8s-master01 service]# curl 192.168.31.206:32299
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>
[root@k8s-master01 service]# curl 192.168.31.207:32299
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

ExternalNmae

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（例如：hub.atguigu.com)。ExternalNameService 是 Service 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。

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