【云原生kubernets】Service 的功能与应用
一、Service介绍
在kubernetes中,pod是应用程序的载体,我们可以通过pod的ip来访问应用程序,但是pod的ip地址不是固定的,这也就意味着不方便直接采用pod的ip对服务进行访问。为了解决这个问题,kubernetes提供了Service资源,Service会对提供同一个服务的多个pod进行聚合,并且提供一个统一的入口地址。通过访问Service的入口地址就能访问到后面的pod服务。

Service在很多情况下只是一个概念,真正起作用的其实是kube-proxy服务进程,每个Node节点上都运行着一个kube-proxy服务进程。当创建Service的时候会通过api-server向etcd写入创建的service的信息,而kube-proxy会基于监听的机制发现这种Service的变动,然后它会将最新的Service信息转换成对应的访问规则。

二、kube-proxy的三种工作模式
(1)userspace 模式
userspace模式下,kube-proxy会为每一个Service创建一个监听端口,发向Cluster IP的请求被Iptables规则重定向到kube-proxy监听的端口上,kube-proxy根据LB算法选择一个提供服务的Pod并和其建立链接,以将请求转发到Pod上。该模式下,kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中,在进行转发处理时会增加内核和用户空间之间的数据拷贝,虽然比较稳定,但是效率比较低。

(2)iptables 模式
iptables模式下,kube-proxy为service后端的每个Pod创建对应的iptables规则,直接将发向Cluster IP的请求重定向到一个Pod IP。该模式下kube-proxy不承担四层负责均衡器的角色,只负责创建iptables规则。该模式的优点是较userspace模式效率更高,但不能提供灵活的LB策略,当后端Pod不可用时也无法进行重试。

(3)ipvs 模式
ipvs模式和iptables类似,kube-proxy监控Pod的变化并创建相应的ipvs规则。ipvs相对iptables转发效率更高。除此以外,ipvs支持更多的LB算法。

三、Service资源清单
kind: Service # 资源类型
apiVersion: v1 # 资源版本
metadata: # 元数据name: service # 资源名称namespace: dev # 命名空间
spec: # 描述selector: # 标签选择器,用于确定当前service代理哪些podapp: nginxtype: # Service类型,指定service的访问方式clusterIP: # 虚拟服务的ip地址sessionAffinity: # session亲和性,支持ClientIP、None两个选项ports: # 端口信息- protocol: TCP port: 3017 # service端口targetPort: 5003 # pod端口nodePort: 31122 # 主机端口
(1)ClusterIP:默认值,它是Kubernetes系统自动分配的虚拟IP,只能在集群内部访问
(2)NodePort:将Service通过指定的Node上的端口暴露给外部,通过此方法,就可以在集群外部访问服务。
(3)LoadBalancer:使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发,此模式需要外部云环境支持
(4)ExternalName: 把集群外部的服务引入集群内部,直接使用
四、Endpoint 的功能
4.1.Endpoint的作用
Endpoint是kubernetes中的一个资源对象,存储在etcd中,用来记录一个service对应的所有pod的访问地址,它是根据service配置文件中selector描述产生的。 一个Service由一组Pod组成,这些Pod通过Endpoints暴露出来,Endpoints是实现实际服务的端点集合。换句话说,service和pod之间的联系是通过endpoints实现的。如果 Service 中没有配 selector ,则就不会默认产生相应的 Endpoints 。

4.2.负载分发策略
Service的访问被分发到了后端的Pod上去,目前kubernetes提供了两种负载分发策略:
(1)如果不定义,默认使用kube-proxy的策略,比如随机、轮询。
(2)基于客户端地址的会话保持模式,即来自同一个客户端发起的所有请求都会转发到固定的一个Pod上。此模式可以使在spec中添加sessionAffinity:ClientIP选项
4.3.查看ipvs的映射规则:

4.4.循环访问进行测试:
4.5.修改分发策略,在进行测试:
五、Service的类型
5.1.HeadLiness类型的Service
在某些场景中,开发人员可能不想使用Service提供的负载均衡功能,而希望自己来控制负载均衡策略,针对这种情况,kubernetes提供了HeadLiness Service,这类Service不会分配Cluster IP,如果想要访问service,只能通过service的域名进行查询。
创建service-headliness.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: service-headlinessnamespace: dev
spec:selector:app: nginx-podclusterIP: None # 将clusterIP设置为None,即可创建headliness Servicetype: ClusterIPports:- port: 80 targetPort: 80
创建对应的服务,并查询服务相关的信息:

指定DNS服务器地址,解析域名获得IP:

5.2.NodePort类型的Service
在之前的样例中,创建的Service的ip地址只有集群内部才可以访问,如果希望将Service暴露给集群外部使用,那么就要使用到另外一种类型的Service,称为NodePort类型。NodePort的工作原理其实就是将service的端口映射到Node的一个端口上,然后就可以通过NodeIp:NodePort来访问service了。

创建service-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: service-nodeportnamespace: dev
spec:selector:app: nginx-podtype: NodePort # service类型ports:- port: 80nodePort: 30002 # 指定绑定的node的端口(默认的取值范围是:30000-32767), 如果不指定,会默认分配targetPort: 80
创建Service,并查看Service的详细信息:
5.3.LoadBalancer类型的Service
LoadBalancer和NodePort很相似,目的都是向外部暴露一个端口,区别在于LoadBalancer会在集群的外部再来做一个负载均衡设备,而这个设备需要外部环境支持的,外部服务发送到这个设备上的请求,会被设备负载之后转发到集群中。

5.4.ExternalName类型的Service
ExternalName类型的Service用于引入集群外部的服务,它通过externalName属性指定外部一个服务的地址,然后在集群内部访问此service就可以访问到外部的服务了,他本质就是使用Service来代理外部的一个服务。

创建代理外部应用的Service的yaml文件:
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: service-externalnamenamespace: dev
spec:type: ExternalName # service类型externalName: www.baidu.com #改成ip地址也可以
创建Service,使用域名解析进行验证:
六、实验应用
4.1.利用Deployment创建出3个pod,并为pod设置app=nginx-pod的标签
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: pc-deploymentnamespace: dev
spec: replicas: 3selector:matchLabels:app: nginx-podtemplate:metadata:labels:app: nginx-podspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.17.1ports:- containerPort: 80
4.2.查看Pod的详情,修改三台Pod内的nginx页面为对应的IP地址:

4.3.创建ClusterIP类型的Service:service-clusterip.yaml文件
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: service-clusteripnamespace: dev
spec:selector:app: nginx-podclusterIP: 10.97.97.97 # service的ip地址,如果不写,默认会生成一个type: ClusterIPports:- port: 80 # Service端口 targetPort: 80 # pod端口
使用yaml文件来创建service:

使用curl 访问服务的IP:

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