kubernetes——Service

Service的概念

kubernetes service定义了这样一个抽象：一个pod的逻辑分组，一种可以访问他们的策略 ----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

service原理.png

Service能够提供负载均衡的能力，但是在使用上有以下限制：

只支持4层负载均衡能力，而没有7层功能，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

Service的类型

Clusterip

默认类型，自动分配一个仅cluster内部可以访问的虚拟ip

NodePort

在cluster基础上为service在每台机器上绑定一个端口，这样就可以通过nodeip:nodeport来访问该服务

LoadBalancer(供云服务器使用)

在nodeport的基础之上，借助cloud provider创建一个外部负载均衡，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kubernetes1.7或者更高版本的kube-dns才支持

service实现流程图.png

Service代理模式分类

VIP和Service代理

在kubernetes集群中，每个Node运行一个kube-proxy进程。kube-proxy负责为Service实现一种VIP(虚拟ip)的形式，而不是ExternalName的形式。在kubernetes1.0版本，代理完全在userspae。在kubernetes1.1版本，新增了iptables代理，但并不是默认的运行模式，从kubernetes1.2起，默认就是iptables代理。在kubernetes1.8.0-beta.0中添加了ipvs代理
在kubernetes1.14版本开始默认使用ipvs代理
在kubernetes1.0版本，service是4层(tcp/udp over ip)概念。在kubernetes1.1版本，新增了ingress API(beta版)，用来表示7层(http)服务

!!为何不适应round-robin NDS？

因为DNS会在客户端里进行缓存

代理模式的分类

userspace模式

userspace代理模式.png

iptables代理模式

iptables代理模式.png

ipvs代理模式(和iptables差不多)

这种模式，kube-proxy会监视kubernetes Service对象个endpoints，调用netlink接口以相应的创建ipvs规则并定期与kubernetes Service对象个endpoints对象同步ipcs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
与iptables类似，ipvs于netfiltel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可以更快的重定向流量，并且在同步代理规则时具有更好的性能。此外，ipvs为负责均衡算法提供了更多选项。

例如:rr：轮询、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

注意：ipvs模式假定在运行kube-proxy之前在节点上都已经安装了ipvs内核模块。当kube-proxy以ipvs代理模式启动时，kube-proxy将验证节点上是否安装了ipvs模块。如果未安装，则kube-proxy将回退到iptables代理模式

ipvs代理模式.png

查看service代理模式

 ipvsadm -t nat -nvL或者ipvsadm -Ln(首先要知道使用的是iptables规则还是ipvs规则)

ClusterIP

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，并可以查询到这个service下对应的pod地址和端口，进而把数据转发给对应的pod地址和端口

clusterip.png

为了实现图上功能，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-proxy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

示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
      release: stabel
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
        release: stabel
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80  

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

Headless Service(通过访问域名的方案一样可以访问到pod)

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ClusterIP的值为“None“来创建Headless Service。这类Service并不会分配ClusterIP，kube-proxy不会处理它们，而且平台也不会为为它们进行负载均衡和路由

示例

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

查看

[root@master yaml]# dig -t A nginx-headless.default.svc.cluster.local. @10.244.0.12(此地址为coredns地址)

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-9.P2.el7 <<>> -t A nginx-headless.default.svc.cluster.local. @10.244.0.12(corednsIP)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 21622
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 2, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;nginx-headless.default.svc.cluster.local. IN A

;; ANSWER SECTION:
nginx-headless.default.svc.cluster.local. 5 IN A 10.244.2.95
nginx-headless.default.svc.cluster.local. 5 IN A 10.244.1.102

   Query time: 0 msec
;; SERVER: 10.244.0.12#53(10.244.0.12)
;; WHEN: Tue Dec 17 10:02:07 CST 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 181

NodePort

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进一步到对应的pod

示例

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

查看

[root@master yaml]# kubectl get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes       ClusterIP   10.96.0.1              443/TCP        7d
nginx            NodePort    10.105.56.84           80:31232/TCP   6s

访问：nodeIP:331232

ExternalName

这种类型的service通过返回CNAME和他的值，可以将服务映射到externalname字段的内容例如(liuchao.com)。externalname service是service的特例，他没有selector，也没用定义任何的端口和endpoint，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

示例

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: externalname
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: liuchao.com

查看

[root@master yaml]# dig -t A externalname.default.svc.cluster.local. @10.244.0.12

  <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-9.P2.el7 <<>> -t A externalname.default.svc.cluster.local. @10.244.0.12
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 17447
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 2, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;externalname.default.svc.cluster.local.    IN A

;; ANSWER SECTION:
externalname.default.svc.cluster.local. 5 IN CNAME liuchao.com.
liuchao.com.        5   IN  A   10.46.125.143

;; Query time: 9 msec
;; SERVER: 10.244.0.12#53(10.244.0.12)
;; WHEN: Tue Dec 17 10:24:48 CST 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 157