kube-proxy模式详解

1 kube-proxy概述

kubernetes里kube-proxy支持三种模式，在v1.8之前我们使用的是iptables 以及 userspace两种模式，在kubernetes 1.8之后引入了ipvs模式，并且在v1.11中正式使用，其中iptables和ipvs都是内核态也就是基于netfilter，只有userspace模式是用户态。

2 userspace模式

刚开始，kube-proxy进程是一个真实的TCP/UDP代理，当某个pod以clusterIP方式访问某个service的时候，这个流量会被pod所在的本机的iptables转发到本季的kube-proxy进程，然后将请求转发到后端某个pod上。具体过程为：

1）kube-proxy为每个service在node上打开一个随机端口作为代理端口

2）建立iptables规则，将clusterip的请求重定向到代理端口（用户空间）

3）到达代理端口的请求再由kubeproxy转发到后端pod

clusterip重定向到kube-proxy服务的过程存在内核态到用户态的切换，开销很大，因此有了iptables模式，而userspace模式也被废弃了。

3 iptables模式

kubernets从1.2版本开始将iptabels模式作为默认模式，这种模式下kube-proxy不再起到proxy的作用。其核心功能：通过API Server的Watch接口实时跟踪Service和Endpoint的变更信息，并更新对应的iptables规则，Client的请求流量通过iptables的NAT机制“直接路由”到目标Pod。

不同于userspace模式，iptables模式由kube-proxy动态的管理，kube-proxy不再负责转发，数据包的走向完全由iptables规则决定，这样的过程不存在内核态到用户态的切换，效率明显会高很多。但是随着service的增加，iptables规则会不断增加，导致内核十分繁忙（等于在读一张很大的没建索引的表）。

2个svc，8个pod就有34条iptabels规则了，随着集群中svc和pod大量增加以后，iptables中的规则开会急速膨胀，导致性能下降，某些极端情况下甚至会出现规则丢失的情况，并且这种故障难以重现和排查。

4 ipvs模式

从kubernetes 1.8版本开始引入第三代的IPVS模式，它也是基于netfilter实现的，但定位不同：iptables是为防火墙设计的，IPVS则专门用于高性能

负载均衡，并使用高效的数据结构Hash表，允许几乎无限的规模扩张。

一句话说明：ipvs使用ipset存储iptables规则，在查找时类似hash表查找，时间复杂度为O(1)，而iptables时间复杂度则为O(n)。

可以将ipset简单理解为ip集合，这个集合的内容可以是IP地址、IP网段、端口等，iptabels可以直接添加规则对这个可变集合进行操作，这样做的好处可以大大减少iptables规则的数量，从而减少性能损耗。

假设要禁止上万个IP访问我们的服务器，如果用iptables的话，就需要一条一条的添加规则，会生成大量的iptabels规则；但是用ipset的话，只需要将相关IP地址加入ipset集合中即可，这样只需要设置少量的iptables规则即可实现目标。

由于ipvs无法提供包过滤、地址伪装、SNAT等功能，所以某些场景下（比如NodePort的实现）还要与iptables搭配使用。