k8s中，ingress的实现原理，及其架构。

 

图片来源：自己画的

图片来源：k8s官网

首先，什么是ingress?

是服务还是控制器？

都不精确

ingress是一个api资源

service和deployment也是api资源。

这几个相互协作，组建成一个对外提供服务的架构。

ingress提供的作用是什么？

ingress资源的生成，系统会给ingress资源一个ip地址

这个ip地址下的不同路径，会定位到后端的不同服务

比如ingress资源的ip地址是192.168.1.3

那么客户端访问http://192.168.1.3/websvc_path

ingress资源会把这个请求

转发给后端一个服务

这个服务的名称为websvc  （举例，具体是在ingress资源文件中指定）

这个服务的端口号为6789  （举例，具体是在ingress资源文件中指定）

这个服务真实的提供者

是后端的pod，

这些pod监听着6789端口

这些pod与websvc服务绑定

如何绑定？

是通过服务资源文件中定义的selector标签选择器

而pod资源文件中给pod都加了这个标签

通过这个标签

服务能找到pod

这个叫服务的自动感知功能。

如果某个带有这个标签的pod删除了，

重新在别的节点上以别的ip产生了

拥有同样标签的pod

服务能自动感知到这个新的pod，

服务是如何感知到这个新的pod的？

这个就和服务的程序设计有关，

从开发代码的层面，

其核心是跟网络插件对于ip的管理

和数据库组件对于新pod 的信息的记录有关。

核心也是标签选择器。

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服务还有一个功能是负载均衡，

外部对于服务的请求，会分摊到后端的pod

如何实现的？

是通过kube-proxy组件

kube-proxy组件是如何实现负载均衡的？

是调用ipvs内核模块

也就是使用lvs进行负载均衡

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服务还有一个功能，是自动注册

就是把ip地址注册为域名

服务创建时，自动在内部dns上注册域名

域名格式为：

<服务名称>.<名称空间>.svc.cluster.local

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说服务的目的是什么？跟ingress什么关系？

ingress的资源文件中

需要指定

把对于集群的某一个/path的访问

转发给后端的一个服务及其监听的端口

而这个后端的服务

是一个服务名

那么ingress怎么通过这个服务的名称

找到这个服务呢

就跟服务的自动注册有关系，

内部dns上，记录了这个服务的名称和ip的对应关系

所以ingress可以通过名称的方式找到后端的服务

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ingress需要选择一个控制器，

nginx或者haproxy

一般用nginx的比较多

那么ingress怎么使用这个nginx来

进行负载均衡反向代理这些操作呢

就要通过选择ingressclass来实现

是选nginx?

还是选haproxy?

还是选别的?

要选择nginx

就要在ingress的资源文件中声明

ingressClassName: nginx

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那么，ingressclass

也就是ingress的类之一

nginx

这个nginx是从哪来的呢？

是在ingressclass的资源文件中

要在.spec的字段下

定义一个

controller: k8s.io/ingress-nginx

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这个ingressclass中定义了

名称为nginx的ingress的类

使用的控制器是k8s.io/ingress-nginx

这是一个标识符

实际上的控制器是ingress-nginx

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ingress-nginx这个控制器是以什么形态存在的？

是以pod的形态存在的

pod里面运行着实现控制器功能的容器

容器里面运行着实现控制器功能的进程

容器来自于docker镜像

镜像在部署k8s平台的时候

就需要部署在harbor仓库里

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ingress-nginx这个控制器的pod从哪来的？

是用deployment无状态控制器来实现的

deployment中定义了

ingress-nginx控制器的pod的容器模版

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如何启动ingress-nginx这个控制器？

常用两种方式

1. Helm Chart方式，部署k8s集群的时候，就自动部署好了，也就是集群已经有这个ingress-nginx

2. yaml资源文件方式

ingress-nginx控制器要实现功能，需要有一个资源文件，这个资源文件里面有相关的service资源和deployment资源，也就是一个文件中有多个资源，来实现ingress-nginx控制器。说白了就是，service接收访问ingress-nginx控制器的请求，转发给后端的ingress-nginx的pod，这些pod同时由deployment进行自动部署、维护、扩容、滚动更新。

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根本上来说，ingress-nginx控制器来源于

镜像文件，以及用镜像文件启动容器的时候，配置的一些启动参数

还有存放这个容器的pod中，配置的一些可选项

比如initcontainer 初始化容器

startupPorbe

livenessProbe

readinessProbe

这三个容器探针

还有

postStart

preStop

这两个事件处理函数，也叫钩子函数。

以镜像文件、

启动参数、

configMap注入配置文件

还有pod内的一系列要素

构建了ingress-nginx这个控制器的核心

通过service对ingress-nginx进行发布

让ingress在集群内能找到这个控制器

通过deployment对于ingress-nginx进行自动化部署和维护

包括扩容和滚动更新

这样，形成了一个ingress资源对外提供请求分发的功能

ingress自己本身由于有service来管理后端ingress-nginx的pod

所以自身也是负载均衡的

而且有deployment的存在

ingress资源本身的pod也是能自动部署和维护的

比如提供ingress服务的pod出错了

deployment会自动修复，部署新的

如果有必要的话，deployment里面的副本数量

写成2个3个以上，这样能更加保障

ingress资源本身的高可用，而且是自维护

ingress对流量进行分发之后

后端提供计算服务的，

比如web服务

也是可以利用同样的架构

service+pod+deployment的方式

实现负载均衡和高可用

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在传统方式中，用到的lvs、nginx、keepalived

负载均衡和高可用技术。

在容器化环境中，

在k8s平台，

以kube-porxy调用ipvs

ingress调用nginx

deployment调用keepalived （不一定相同，但原理类似）

实现了负载均衡和高可用

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而且在deployment的基础上

k8s提供了

HPA监理功能

HorizontalPodAutoscaling

水平 pod  自动 伸缩

deployment的扩缩容需要

管理员去手工scale

根据资源的使用量调整

而HPA可以自动根据pod的资源使用量

调整pod的数量

也就是自动扩缩容

管理员只需要提前配置好就行。

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这么来看，k8s对于容器化环境的

负载均衡、

高可用、

自动化部署（给个模版，自动创建pod）、

自动化维护（pod删掉了，自动新建)、

自动化调整服务器规模

（pod不够用了，自动扩容；

pod太多了，请求没那么多，自动缩容）

都设计的比较ok

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从pod的监控方面来讲

pod中的

容器探针

钩子函数

初始化容器

包括利用临时卷

configMap

emptyDir

可以实现很多功能。

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总的来说

k8s作为云原生时代的平台

也称为云原生时代的操作系统，

对于传统方式的容器化提供了很多功能。

资源利用率更高

服务的管理更加自动化。

安全性也比较高