k8s服务注册发现

Service 是 将运行在一个或一组pod上的网络应用程序公开为网络服务的方法。

定义service前端为service名称、ip、端口等不变的部分，后端为符合标签选择的pod集合

注册

1. 通过api server提交注册service请求到DNS
2. service随后得到clusterIP（虚拟ip地址）
3. 在集群内传播service配置
4. 集群DNS服务获知该service后，创建必要的DNS记录

service类型

• Headless: 直接采用DNS解析做负载均衡，没有kube-proxy，也没有cluster ip
• ClusterIP: 通过集群ip暴露服务，在域名解析之后会交由kube-proxy进行处理，并分发到pod。
• NodePort: 通过每个节点ip和静态端口暴露服务。这意味着可以暴露服务给外界
• LoadBalancer: 向外暴露服务的外部负载均衡器
• ExternalName: 映射服务和DNS（无代理）

Headless

无负载均衡和clusterIP，可以采用非k8s提供的服务发现机制。此时该服务域名解析结果就是所有关联的pod ip，请求直达pod，此时仅用了DNS解析做负载均衡，而没有利用到k8s内置的kube-proxy

该种方式足够简单，请求链路短。但由于DNS缓存问题，可能会导致DNS服务器压力山大，或者缓存时间过长，导致服务地址没有得到即使更新

clusterIP

通过集群内部IP暴露服务。从集群ip地址池中分配，是默认类型，nodePort、loadBalancer类型也是基于此

相比于headless模式不同之处在于域名解析之后会交由kube-proxy进行处理，并分发到pod。

优势在于避免了直接DNS解析中存在的问题，弊端在于将压力给到了kube-proxy

NodePort

通过每个节点ip和静态端口暴露服务。

从宿主机选择端口分配给某个服务，因此外界也能通过主机和端口进行访问（但仍然要通过kube-proxy进行转发）

优势在于暴露功能到集群外；弊端在于端口数量、选择范围有限以及依然对kube-proxy造成了压力

LoadBalancer

向外暴露的负载均衡。需要第三方支持

以下以openELB为例

拓扑描述如下: 由两个 Pods 支持的服务部署在 Kubernetes 集群中，并为外部访问分配一个 IP 地址172.22.0.2。安装在 Kubernetes 集群中的 OpenELB 与 BGP 路由器建立一个 BGP 连接，并发布指向 BGP 路由器的服务路由。

当外部客户端机器试图访问服务时，BGP 路由器负载根据从 OpenELB 获得的路由平衡master、worker1和worker2节点之间的通信量。在服务流量到达一个节点之后，kube 代理可以进一步将流量转发到其他节点进行负载平衡(Pod 1和 Pod 2都可以通过 kube 代理到达)。

ExternalName

ExternalName映射service到DNS name，而不是诸如my-service、cassandra的典型选择器。

比如在查找my-service.prod.svc.cluster主机时：在本地，集群DNS服务返回一个CNAME记录，值为my.database.example.com。访问my-service的方式与其他服务相同，但有一个关键的区别，重定向发生在DNS级别，而不是通过代理或转发。

service代理模式

• userspace: 最初的模式，将代理交给了用户空间的kube-proxy，但是网络请求的其他处理却仍然在内核空间iptables，效率较低
• iptables: 将代理也交给了内核空间的iptables
• ipvs: 和iptables一样也是基于netfilter，但使用了hash表，这意味着性能将会更高

userspace

1. 当客户端请求到达内核空间iptables后，将请求转发给用户空间监听的kube-proxy端口
2. kube-proxy处理选择后，转发给pod

由于频繁切换用户空间和内核空间，性能损耗较大，因此已经被废弃

iptables

在这种模式下，kube 代理监视 Kubernetes 控制平面以添加和删除 Service 和 EndpointSlice 对象。

对于每个服务，它安装 iptables 规则，这些规则捕获到服务的集群 IP 和端口的流量，并将该流量重定向到服务的一个后端pod集。对于每个endpoint，它安装 iptables 规则，这些规则选择一个后端 Pod。

默认情况下，iptables 模式下的 kube-proxy 会随机选择一个后端。使用 iptables 处理流量具有较低的系统开销，因为流量由 Linux netfilter 处理，不需要在用户空间和内核空间之间切换。这种方法也可能更可靠。

如果 kube-proxy 在 iptables 模式下运行，并且选择的第一个 Pod 没有响应，则连接失败。这与旧的用户空间模式不同: 在这种情况下，kube-proxy 将检测到与第一个 Pod 的连接失败，并自动使用不同的后端 Pod 重试。您可以使用 Pod 准备状态探测来验证后端 Pods 是否正常工作，这样，iptables 模式下的 kube-proxy 只能看到测试结果为健康的后端。这样做意味着您可以避免通过 kube 代理将流量发送到已知失败的 Pod。

ipvs

在 IPVS 模式下，kube 代理监视 Kubernetes Services 和 EndpointSlices，调用 netlink 接口来创建相应的 IPVS 规则，并定期将 IPVS 规则与 Kubernetes Services 和 EndpointSlices 同步。此控制循环确保 IPVS 状态与所需状态匹配。

当访问一个服务时，IPVS 将流量引导到一个后端 Pods。IPVS 代理模式基于 netfilter 钩子函数，类似于 iptables 模式，但使用哈希表作为底层数据结构，并在内核空间中工作。这意味着在 IPVS 模式下的 kube 代理比在 iptables 模式下的 kube 代理具有更低的延迟重定向流量，在同步代理规则时具有更好的性能。与其他代理模式相比，IPVS 模式还支持更高的网络流量吞吐量。

。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

发现

• DNS 发现：支持集群的 DNS 服务器（例如 CoreDNS）监视 Kubernetes API 中的新 Service，并为每个 Service 创建一组 DNS 记录。 如果在整个集群中都启用了 DNS，则所有 Pod 都应该能够通过 DNS 名称自动解析 Service。
• 环境变量：当 Pod 运行在某 Node 上时，kubelet 会为每个活跃的 Service 添加一组环境变量

Ref

1. https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/
2. https://tinychen.com/20220627-k8s-09-service-discovery-and-traffic-exposure/
3. https://openelb.io/docs/concepts/bgp-mode/
4. https://kubernetes.io/docs/reference/networking/virtual-ips/