Kubernetes之Service详解

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前言

在kubernetes集群中每个Pod都有自己的 IP 地址。使用Service可以实现不需要显式地在它们之间创建链接，创建了一个简洁的网络。而且Kubernetes网络实现了以下功能：

• Pod 中的容器通过环回网络；
• 集群网络提供不同 Pod 之间的通信；
• Service 资源应用程序从集群外部访问；
• Service用于集群内的访问。

一、Service 概念

Service是kubernetes核心资源之一，Service定义了一个服务的访问入口地址，前端的应用（pod）或者ingress通过这个地址访问其背后一组由Pod副本组成的集群实例。

在解决服务发现和服务通信的问题上，kubernetes使用了一种独特的方法：Service，Service没有共用一个负载均衡的IP（通常做法是共用一个IP，用端口进行区分），反而是给每个Service分配了一个全局虚拟IP，也叫Cluster IP，这样的好处在于服务调用就变成TCP通信问题。

众所周知，Pod的Endpoint地址随着容器生命周期发生改变，新部署的Pod地址和之前的Pod地址不尽相同，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，通常称为微服务。这一组Pod能够被Service访问到，通常是通过Label Selector来实现。如果要了解无 Selector 的其他方法，请参阅3.2

二、Service 流量策略

2.1 外部流量策略

设置spec.externalTrafficPolicy字段

• Local：流量只发给本机的Pod。
• Cluster：流量可以转发到集群中其他节点上的Pod。
  说明 您的服务类型为虚拟集群IP或负载均衡时，才能设置外部流量策略。
  如果流量策略是Local并且没有节点本地端点，则 kube-proxy 不会为相关服务转发任何流量。

2.1 内部流量策略

设置spec.internalTrafficPolicy字段

• Local：流量只发给本机的Pod。
• Cluster：流量可以转发到集群中其他节点上的Pod。
  如果流量策略是Local并且没有节点本地端点，则 kube-proxy 会丢弃流量。

三、Service 使用

3.1 一般用法

3.1.1 Cluster IP模式

最常用的模式，通常用在集群内的两个服务相互访问

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376

该配置创建了一个名为“my-service”的服务对象，它可以将my-service:80流量转发到任何带有标签app=MyApp且端口为9376的 Pod 上 。
Kubernetes 为该服务分配一个 IP 地址（有时称为“Cluster IP”），我们可以使用Cluster IP和服务名称进行访问。仅限定在集群内访问。

3.1.2 NodePort模式

在集群的每一个Node节点分配静态端口 (the NodePort) 绑定后端Pod服务。ClusterIPService 路由到的ServiceNodePort是自动创建的。外部服务可以通过NodePort请求集群Pod，方式:
好处在于给开发者们设置自己的负载均衡器的自由，或者将Kubernetes配置在完全支持负载均衡的云环境上，或者甚至可以直接开放一个或者多个节点的IP。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: MyApp
  ports:
      # By default and for convenience, the `targetPort` is set to the same value as the `port` field.
    - port: 80
      targetPort: 80
      # Optional field
      # By default and for convenience, the Kubernetes control plane will allocate a port from a range (default: 30000-32767)
      nodePort: 30007

请注意，此服务显示为:spec.ports[].nodePort 和.spec.clusterIP:spec.ports[].port。如果设置–nodeport-addresses kube-proxy 的标志或 在kube-proxy 配置了等效字段，则将忽略节点 IP。

3.2 多端口 Service

对于某些服务，您需要公开多个端口。Kubernetes 允许在服务对象上配置多个端口定义。当为一个服务使用多个端口时，必须提供所有端口名称，以便明确这些名称。例如：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - name: http
      protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
    - name: https
      protocol: TCP
      port: 443
      targetPort: 9377

名字写法与 Kubernetes 一样，端口名称只能包含小写字母数字字符和-. 端口名称也必须以字母数字字符开头和结尾。

3.3 外部服务 Service

3.3.1 Service绑定负载均衡

在支持负载均衡器的云提供商上，将type 字段设置LoadBalancer可以为服务提供负载均衡（例如：SLB、CLB）。负载均衡器的实际创建是异步发生的，有关已配置的均衡器的信息会发布在 Service的.status.loadBalancer字段中。例如：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  clusterIP: 10.0.171.239
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 192.0.2.127

注意：可用于 LoadBalancer 类型的服务的协议集仍由云提供商定义。
一些云提供商允许指定loadBalancerIP. 在这些情况下，负载均衡器是使用用户指定的loadBalancerIP. 如果loadBalancerIP未指定该字段，则使用临时 IP 地址设置 loadBalancer。如果您指定 aloadBalancerIP 但云提供商不支持该功能，则loadbalancerIP设置的字段将被忽略。
以阿里云为列，我们需要如下配置：
service.beta.kubernetes.io/alicloud-loadbalancer-address-type决定负载均衡器是否是公网还是内网

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
annotations:
  service.beta.kubernetes.io/alicloud-loadbalancer-address-type: intranet
  service.beta.kubernetes.io/alicloud-loadbalancer-force-override-listeners: 'true'
  service.beta.kubernetes.io/alicloud-loadbalancer-id: xxxx
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
  clusterIP: 10.0.171.239
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: xx.xxx.xxx.xx

注意: 如果在SLB设置了externalTrafficPolicy: Local类型，这种类型的SLB地址只有在Node中部署了对应的后端Pod，才能被访问。因为SLB的地址是集群外使用，如果集群节点和Pod不能直接访问，请求不会到SLB，会被当作Service的扩展IP地址，被kube-proxy的iptables或ipvs转发。

3.3.2 Service转发流量至外部服务

我们有时在进行服务迁移，或者集群迁移，又或者想把某个外部服务像内部服务一样连接，需要将一个集群的流量转发到另一个集群的流量，我们可以使用如下写法，即不指定selector app字段，手动配置endpoint

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376

由于此 Service 没有选择器，因此不会自动创建相应的 Endpoints 对象。您可以通过手动添加 Endpoints 对象，手动将服务映射到其运行的网络地址和端口：

apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  name: my-service
subsets:
  - addresses:
      - ip: 192.0.2.42
    ports:
      - port: 9376

Endpoints 对象的名称必须和Service 同名。

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总结

对于许多想要使用Service的人来说，以上的信息应该足够了。但是我们可以尝试理解Service背后的原理
如
1、ClusterIP 如何保证唯一
2、 kube-proxy在你的集群中使用的那种模式，
3、iptables和IPVS有何不同
如果你的集群规模特别大，如有10000个Pod。那么请使用IPVS模式吧，IPVS 专为负载平衡而设计，并基于内核哈希表。因此，可以通过基于 IPVS 的 kube-proxy 实现大量服务的性能一致性。同时，基于 IPVS 的 kube-proxy 具有更复杂的负载平衡算法（最少连接数、局部性、加权、持久性）。