第四课:尚硅谷K8s学习-Service网络学习

第四课:尚硅谷K8s学习-Service网络学习

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• 2019尚硅谷

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• K8s
• Service
• Ingress
• NodePort

第一节 Service的定义

1.1 Service的概念

1. Kubernetes Service定义了这样一种抽象: 一个Pod 的逻辑分组，一种可以访问它们的策略. 它通常称为微服务。通常是通过Label Selector标签选的的方式，匹配一组Pod然后对外访问服务的机制。
   

2. 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(只能通过IP+端口转发实现负载均衡)，而没有7层功能(默认不能通过主机名或域名方式负载均衡)，但有时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
   • 可以通过ingress方案添加七层负载均衡的能力

3. SVC基础导图-实现流程
   

1.2 Service的类型

1. Service在K8s中有以下四种类型

   • Clusterlp: 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在每台机器上绑定一个端口， 这样就可以通过NodelP:NodePort来访问该服务
   • LoadBalancer: 在NodePort的基础上,借助cloud provider创建一 个外部负载均衡器，并将请求转发到NodeIP: 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或更高版本的kube-dns才支持

2. Clusterlp类型：other Pod通过集群内部ip访问到后面的pod, 并且实行负载均衡的方案。
   

3. NodePort类型：在每个物理机上绑定个端口，如果有一个宕机不会影响服务访问。
   

4. LoadBalancer类型：引入云供应商的服务(负载路由器的解决方案)接口即可。需要独立收费
   

5. ExternalName类型
   

1.3 Service的代理模式分类

1. 在Kubernetes集群中，每个Node运行一个kube-proxy进程。kube- proxy负责为Service 实现了一种VIP (虚拟IP)的形式，而不是ExternalName的形式。在Kubernetes v1.0版本，代理完全在userspace。

2. 在Kubernetes v1.1版本，新增了iptables代理，但并不是默认的运行模式。从Kubernetes v1.2起，默认就是iptables代理。在Kubernetes v1.8.0-beta.0中，添加了ipvs代理。在Kubernetes 1.14版本开始默认使用ipvs代理

3. 在Kubernetes v1.0版本，Service 是“4层”(TCP/UDP overIP)概念。在Kubernetes v1.1版本，新增了Ingress API (beta 版)，用来表示“7层”(HTTP) 服务

4. 为何不使用round-robin DNS? DNS会在系统中进行缓存。。。就起不到负载均衡的效果。。。

5. userspace代理模式：每次访问都需要kube-proxy进行代理，而且kube-apiserver也监控kube-proxy进行服务更新和端点维护，所以kube-proxy的压力就会很大。
   

6. iptables代理模式：访问直接由防火墙iptables调度完成，不需要经过kube-proxy调度。大大提升速度，提到kube-proxy的稳定性。
   

7. ipvs代理模式(现在的标准)：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，以确保ipvs状态与期望一致。访问服务时，流量将被重定向到其中一个后端Pod

   • 查看ipvs命令: ipvsadm -Ln
   • 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并在内核空间中工作。这意味着ipvs可以更快地重定向流量，并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

第二节 Service的实验讲解

2.1 Service实验内容

1. clusterIP主要在每个node节点使用iptables,将发向clusterIP对应端口的数据，转发到kube-proxy中。然后kube-proxy自己内部实现负载均衡的方法,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。
   

2. 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接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，并将变化的信息写入本地的iptables规则中
   • iptables 使用NAT等技术将virtualIP的流量转至endpoint中

2.2 Service实验yaml文件

1. 创建 myapp-deploy.yaml 文件。 通过Deployment 部署了 3 个 Pod 副本

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: stabel
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: stabel
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: hub.qnhyn.com/library/myapp
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

2. 给Deployment中的pod, 绑定一个Service。配置文件svc.yaml。注意：这里的selector必须和上面depoymnent中的一致。否则匹配不到

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

3. 操作部署

# 部署Deployment
kubectl create -f svc-deployment.yaml
# 直接访问deployment中的某个pod
kubectl get pod -o wide
curl 10.244.1.40
# 部署svc 服务可靠维稳访问
kubectl create -f svc.yaml
kubectl get svc
curl 10.110.67.225
ipvsadm -Ln

2.3 特殊的Cluster-Headless Service无头服务实验

1. 有时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 。
2. 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。
3. Headless Service 也是后面StatefulSet 的基础。它可以用来解决cluster name和pod name的绑定问题。
4. svc-none.yaml
5. svc的创建会有一个主机名会被写入到coreDNS，写入的格式体就是 svc的名称+命名空间的名称+当前集群的域名

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-headless
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: myapp
  clusterIP: "None"
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

5. 实验操作

kubectl create -f svc-none.yaml
# 查看发现Cluster Ip为空
kubectl get svc
# 安装包 使用dig命令
yum -y install bind-utils
# 查看coredns的ip
kubectl get pod -n kube-system -o wide
# 对于 Service 一旦创建成功会写入到 CoreDNS 中去 通过命令查看
# 意味着在无头服务中，虽然它没有ip了，但可以通过访问域名的方案依然可以访问服务下的pod
dig -t A myapp-headless.default.svc.cluster.local. @10.244.2.40

2.4 NodePort实验

1. ** nodePort的原理在于在node上开了一个端口，将向该端口的流量导入到kube-proxy,然后由kube-proxy进一步到给对应的pod**，这里依然是iptables类型
2. 这里我们可以发现一组Pod可以对应多个服务。多对多的模式
3. vim myapp-service .yaml

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata:
  name: myapp 
  namespace: default 
spec:
  type: NodePort 
  selector:
    app: myapp 
    release: stabel 
  ports:
  - name: http 
    port: 80 
    targetPort: 80

4. 操作实验

kubectl create -f myapp-service.yaml
# 查看svc 
kubectl get svc
# 查看各个Node上端口有没有开启成功
netstat -anpt | grep 31217
# iptables查询流程  iptables -t nat -nvL KUBE-NODEPORTS
# 我们实验中使用的是ipvs负载均衡
ipvsadm -Ln

5. 每个Node都会开启这个映射的随机端口。
   

2.5 LoadBalancer说明

1. loadBalancer和nodePort 其实是同一种方式。区别在于 loadBalancer 比nodePort多了一步，就是可以调用cloud provider【云供应商】 去创建LB【负载均衡】来向节点导流
   

2.6 LoadBalancer实验

1. 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.qnhyn.com)。ExternalName Service 是Service的特例，它没有 selector，也没有定义任何的端口和Endpoint。
2. 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
3. externalname.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: hub.qnhyn.com

4. 当查询主机 my-service.defalut.svc.cluster.local（SVC_NAME.NAMESPACE.svc.cluster.local)时，集群的DNS 服务将返回一个值my.database.example.com的CNAME记录。访问这个服务的工作方式和其他的相同，唯一不同的是重定向发生在DNS层，而且不会进行代理或转发。

kubectl apply -f externalname.yaml  
kubectl get pod -n kube-system -o wide
kubectl get svc
# 解析这个服务 
dig -t A my-service-1.default.svc.cluster.local. @10.244.1.39

第三节 Service Ingress

3.1 Service Ingress

1. 对于k8s传统的svc来说 它仅支持4层代理，如果遇到7层代理的话，是没有办法去实现的

2. k8s官方在1.11中推出了ingress api接口，通过ingress达到7层代理的效果。

3. 对于ingress来说，必须要绑定一个域名，因为它是基于7层代理的

4. Ingress现在已经非常成熟啦

   • Ingress-Nginx github 地址：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx
   • Ingress-Nginx 官方网站：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/
   • 安装指导：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/master/docs/deploy/index.md

5. 创建了一个Nginx的NodePort的部署方案，暴露给外部用户。无需手写Nginx的配置文件，它是通过自动添加的
   
   

6. 暴露方案执行【此处选择裸机暴露方案，就是以svc暴露】(不用这种方式安装，用下面helm管理安装)

   • kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v0.34.1/deploy/static/provider/baremetal/deploy.yaml

7. Helm管理安装

   • 安装Helm:https://github.com/helm/helm/releases 通过脚本快一点
   • helm list
   • helm repo add ingress-nginx https://kubernetes.github.io/ingress-nginx
   • helm install my-release ingress-nginx/ingress-nginx
   • 由于Nginx Ingress的service缺省采用"type: LoadBalancer"，为了外部访问，修改为"type: NodePort"，顺便设置固定的nodePort。
     • helm install my-release nginx-stable/nginx-ingress --set controller.service.type=NodePort

8. 验证是否完成(由于版本问题和视频中安装不一样)

   • kubectl get pods -n ingress-nginx -l app.kubernetes.io/name=ingress-nginx --watch
   • kubectl get svc -n ingress-nginx

9. 如果安装错删除之前安装：

   • 第一种：kubectl delete -f deploy.yaml
   • helm删除：helm delete nginx-ingress

3.2 Ingress HTTP代理访问配置

1. Deployment 和 Service 文件。vim ingress.http.yaml
2. 部署后访问，Cluster IP 看是否能访问服务
   • kubectl get svc
   • curl 10.110.29.160

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-dm
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-dm
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-dm
    spec:
      containers:
      - name: nginx-dm
        image: hub.qnhyn.com/library/myapp
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx-dm
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP

3. Ingress: kubectl apply -f ingress.yaml。通过域名(七层)访问，在host中加入域名解析两个node http://www.qnhyn1.com:31807

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress 
metadata:
  name: nginx-test 
spec:
  rules:
    - host:www.qnhyn1.com
      http:
        paths:
          - path: / 
            backend:
              serviceName: nginx-svc
              servicePort: 80

4. 我们可以根据下图创建，两个(多)服务，通过ingress通过两(多)个不同的域名管理。
   

3.3 Ingress HTTPS代理访问配置

1. 先创建证书，以及 cert 存储方式 mkdir https && cd https
   • openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj “/CN=nginxsvc/O=nginxsvc”
   • kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt
2. 创建deployment和service服务 deployment3.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-dm3
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-dm3
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-dm3
    spec:
      containers:
      - name: nginx-dm3
        image: hub.qnhyn.com/library/myapp
        ports:
        - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc3
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx-dm3
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP

3. ingress.yaml 这里使用域名+443对应的端口。https://www.qnhyn3.com:31015

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress 
metadata:
  name: nginx-https 
spec:
  tls:
    - hosts:
      - www.qnhyn3.com
      secretName: tls-secret
  rules:
    - host: www.qnhyn3.com
      http:
        paths:
          - path: / 
            backend:
              serviceName: nginx-svc3
              servicePort: 80

3.4 Nginx 进行 BasicAuth

1. 安装依赖包

yum -y install httpd
htpasswd -c auth foo # 设置用户名foo的密码
kubectl create secret generic basic-auth --from-file=auth

2. 配置auth_ingress.yaml。 网址输入后弹出账号密码：输入用户foo 和 自己设置的密码可以访问服务。

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-with-auth
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: "Authentication Required - foo"
spec:
  rules:
    - host: auth.qnhyn.com
      http:
        paths:
          - path: /
            backend:
              serviceName: svc-1
              servicePort: 80

3.5 Nginx 进行重写

名称	描述	值
nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target	必须重定向流量的目标URI	串
nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect	指示位置部分是否仅可访问SSL (当Ingress包含证书时默认为True)	布尔
nginx.ingress.kubernetes.io/force-ssl-redirect	即使Ingress末启用TLS,也强制重定向到HTTPS	布尔
nginx.ingress.kubernetes.io/app-root	定义Controller必须重定向的应用程序根，如果它在/上下文中	串
nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex	指示Ingress上定义的路径是否使用正则表达式	布尔

1. 重定向的re.yaml 访问re.qnhyn3.com跳转到https://www.qnhyn3.com:3180

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-redirect
  namespace: default
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: https://www.qnhyn3.com:31802
spec:
  rules:
  - host: re.qnhyn3.com
    http:
      paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: svc-3
            servicePort: 80

2. Traefik没有nginx的性能高，大概能达到nginx性能的80%吧(老师说的)

第四节 相关讲解参照

1. iptables详解：http://www.zsythink.net/archives/1199/
2. ipvs详解：https://www.cnblogs.com/hongdada/p/9758939.html
3. LVS详解：https://blog.csdn.net/Ki8Qzvka6Gz4n450m/article/details/79119665