k8s Service服务详解
1. Service 的概念：
- k8s中Service定义了这样一种抽象：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，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层负载均衡不支持的。
2. Service的类型：
-
Service在k8s中有以下四种类型：
- 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ClusterIp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：在NodePort的基础上，借助Cluster 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，这里只有k8s1.7或更高版本的kube-dns才支持。
3. Vip和Service代理
- 在k8s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k8s V1.0版本，代理完全在userspace。在k8s V1.1版本，新增了Iptables代理 ，但不是默认的运行模式。从k8s V1.2版本起，默认就是Iptables代理，在k8s V1.8.0-beta.0中，添加了ipvs代理。在k8s V1.14版本开始模式使用ipvs代理。
- 在k8s v1.0版本，Service是“4层”（TCP/UDP over IP)概念。在K8s v1.1版本，新增了Ingress API(beta版），用来表示“7层”（HTTP）服务
4. 代理模式的分类：
4.1. userspace代理模式：
4.2. iptables代理模式：
4.3. Ipvs代理模式
-
这种模式，kube-proxy会监视k8s service对象和Endpoints,调用netlink接口以相应的创建ipvs规则并定期与k8s 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，流量将重定向到后端pod。
-
与iptables类似，ipvs与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
-
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将验证节点是否安装ipvs模块，如果未安装，则kube-proxy 将退到iptables代理模式。
5. ClusterlP
- clusterlP主要在每个node节点使用iptables,将发向clusterlP对应端口的数据，转发到kube-proxy中。然后kube-proxy自己内部实现有负载均衡的方法，并可以查询到这个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
-
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接收到情求后将数据存储到etcd中
- kube-proxy kubernetesl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virtuallP的流量转至endpoint中
5.1. 实例：
vim nginx.yaml
apiVersion: apps/v1 #指定使用的API版本
kind: Deployment #指定对象类型为Deployment
metadata: #元数据部分，包含名称和命名空间等信息
name: nginx-deployment #定义deployment的名称为nginx-deployment
namespace: default #指定创建所在的命名空间
spec: #指定 deployment 对象的配置信息
selector: #选择器，用于选择要部署的Pod
matchLabels: #匹配标签，选择具有指定标签的Pod
app: nginx
release: stabel
replicas: 3 #指定要创建的Pod副本数量
template: #Pod的模板，定义了要创建的Pod的规范
metadata: #Pod元数据部分，包含标签等信息
labels: #Pod 标签
app: nginx
release: stabel
spec: #Pod 配置信息
containers: #容器列表信息
- name: nginx #容器名称
image: nginx:latest #指定容器的镜像
imagePullPolicy: IfNotPresent #指定容器拉取镜像策略，本地不存在镜像时才尝试拉取新镜像
ports: #容器暴露的端口列表
- name: http #端口名称
containerPort: 80 #容器的端口号
---
apiVersion: v1 #指定使用的API版本
kind: Service #指定对象类型为Service
metadata: #元数据部分，包含名称和命名空间等信息
name: nginx-service #定义service的名称为nginx-service
namespace: default #指定service创建所在的命名空间
spec: #指定 service对象的配置信息
type: ClusterIP #指定Service类型为ClusterIP，即集群内部访问
selector: #选择器，用于选择要关联的Pod
app: nginx #匹配具有指定标签的Pod
release: stabel #匹配具有指定标签的Pod
ports: #Service暴露的端口列表
- name: http #端口名称
protocol: TCP #端口协议
port: 80 #Service的端口号
targetPort: 80 #将流量转发到Pod的端口号
- 这个示例中，Deployment创建了3个副本的nginx Pod，并将它们的标签设置为app: nginx和release: stabel。Service使用相同的标签选择与这些Pod关联，并在集群内部暴露端口80，以便其他Pod可以通过nginx-service:80的方式访问这些Pod。
5.2. 创建
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f nginx.yaml
[root@master1 yaml]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.10.0.1 <none> 443/TCP 8h
nginx-service ClusterIP 10.10.156.191 <none> 80/TCP 12s
[root@master1 yaml]# kubectl get pod
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-deployment-77fd88977b-2rlkk 1/1 Running 0 3m3s
nginx-deployment-77fd88977b-979tp 1/1 Running 0 3m3s
nginx-deployment-77fd88977b-g57b5 1/1 Running 0 3m3s
[root@master1 yaml]# curl 10.10.156.191
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
html { color-scheme: light dark; }
body { width: 35em; margin: 0 auto;
font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>
<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>
<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>
6. Headless Service
- 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(spec.clusterlP)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，而且平台也不会为它们进行负载均衡和路由
vim nginx-service-headless.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-headless-service
namespace: default
spec:
selector:
app: nginx
release: stabel
clusterIP: "None"
ports:
- name: http
protocol: TCP
port: 80
targetPort: 80
6.1. 创建
targetPort: 80
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f nginx-service-headless.yaml
service/nginx-headless-service created
[root@master1 yaml]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.10.0.1 <none> 443/TCP 29h
nginx-headless-service ClusterIP None <none> 80/TCP 8s ---可以看的出来clusterIP是空的
nginx-service ClusterIP 10.10.196.214 <none> 80/TCP 42m
6.2. 验证：
[root@master1 yaml]# yum -y install bind-utils.x86_64
用dns服务解析nginx-headless-service.default.svc.cluster.local.这个域名下是不是有三个pod的IP地址
[root@master1 yaml]# dig -t A nginx-headless-service.default.svc.cluster.local. @10.244.0.6
7. 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进一步到给对应的pod
vim nginx-service-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-nodeport-service
namespace: default
spec:
type: NodePort
selector:
app: nginx
release: stabel
ports:
- name: http
protocol: TCP
port: 80
targetPort: 80
nodePort: 30080
7.1. 创建：
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f nginx-service-nodeport.yaml
service/nginx-nodeport-service created
[root@master1 yaml]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.10.0.1 <none> 443/TCP 30h
nginx-headless-service ClusterIP None <none> 80/TCP 26m
nginx-nodeport-service NodePort 10.10.113.141 <none> 80:30080/TCP 7s
nginx-service ClusterIP 10.10.196.214 <none> 80/TCP 68m
7.2. 验证：
8. LoadBalancer
- loadBalancer和nodePort其实是同一种方式。区别在于loadBalancer比nodePor片多了一步，就是可以调用cloud provider去创建LB来向节点导流
9. ExternalName
- 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.atguigu.com)。ExternalName Service是Service的特例，它没有selector，也没有定义任何的端口和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
vim externalname-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: my-external-service
namespace: default
spec:
type: ExternalName
externalName: example.com
9.1. 创建：
[root@master1 yaml]# kubectl apply -f externalname-service.yaml
service/my-external-service created
[root@master1 yaml]# kubectl get svc
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
kubernetes ClusterIP 10.10.0.1 <none> 443/TCP 31h
my-external-service ExternalName <none> example.com <none> 4s
nginx-headless-service ClusterIP None <none> 80/TCP 86m
nginx-nodeport-service NodePort 10.10.113.141 <none> 80:30080/TCP 60m
nginx-service ClusterIP 10.10.196.214 <none> 80/TCP 129m
9.2. 验证：
[root@master1 yaml]# dig -t A my-external-service.default.svc.cluster.local. @10.244.0.6
- 当查询主机my-external-service.default.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