k8s学习之service

通过以前的学习，我们已经能够通过Deployment来创建一组Pod来提供具有高可用性的服务。虽然每个Pod都会分配一个单独的Pod IP，然而却存在如下两问题：
1）Pod IP仅仅是集群内可见的虚拟IP，外部无法访问。
2）Pod IP会随着Pod的销毁而消失，当Deployment对Pod进行动态伸缩时，Pod IP可能随时随地都会变化，这样对于我们访问这个服务带来了难度。
3）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 层负载均衡是不支持的因此，Kubernetes中的Service对象就是解决以上问题的实现服务发现核心关键。

Service 在 K8s 中有以下四种类型

1）ClusterIp：默认类型，自动分配一个仅 Cluster 内部可以访问的虚拟 IP
2）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 :NodePort 来访问该服务
3）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NodePort。是付费服务，而且价格不菲。
4）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。

详解4 种 Service 类型

Services 和 Pods

Kubernetes的Pods是有生命周期的。他们可以被创建，而且销毁不会再启动。如果您使用Deployment来运行您的应用程序，则它可以动态创建和销毁 Pod。
一个Kubernetes的Service是一种抽象，它定义了一组Pods的逻辑集合和一个用于访问它们的策略 - 有的时候被称之为微服务。一个Service的目标Pod集合通常是由Label Selector 来决定的
举个例子，想象一个处理图片的后端运行了三个副本。这些副本都是可以替代的 - 前端不关心它们使用的是哪一个后端。尽管实际组成后端集合的Pod可能会变化，前端的客户端却不需要知道这个变化，也不需要自己有一个列表来记录这些后端服务。Service抽象能让你达到这种解耦。
不像 Pod 的 IP 地址，它实际路由到一个固定的目的地，Service 的 IP 实际上不能通过单个主机来进行应答。相反，我们使用 iptables（Linux 中的数据包处理逻辑）来定义一个虚拟IP地址（VIP），它可以根据需要透明地进行重定向。当客户端连接到 VIP 时，它们的流量会自动地传输到一个合适的Endpoint。环境变量和 DNS，实际上会根据 Service 的 VIP 和端口来进行填充。
kube-proxy支持三种代理模式: 用户空间，iptables和IPVS；它们各自的操作略有不同。
Userspace代理模式
Client Pod要访问Server Pod时,它先将请求发给本机内核空间中的service规则，由它再将请求,转给监听在指定套接字上的kube-proxy，kube-proxy处理完请求，并分发请求到指定Server Pod后,再将请求递交给内核空间中的service,由service将请求转给指定的Server Pod。由于其需要来回在用户空间和内核空间交互通信，因此效率很差 。
当一个客户端连接到一个 VIP，iptables 规则开始起作用，它会重定向该数据包到 Service代理 的端口。Service代理 选择一个 backend，并将客户端的流量代理到 backend 上。
这意味着 Service 的所有者能够选择任何他们想使用的端口，而不存在冲突的风险。客户端可以简单地连接到一个 IP 和端口，而不需要知道实际访问了哪些 Pod。
iptables代理模式当一个客户端连接到一个 VIP，iptables 规则开始起作用。一个 backend 会被选择（或者根据会话亲和性，或者随机），数据包被重定向到这个 backend。不像 userspace 代理，数据包从来不拷贝到用户空间，kube-proxy 不是必须为该 VIP 工作而运行，并且客户端 IP 是不可更改的。当流量打到 Node 的端口上，或通过负载均衡器，会执行相同的基本流程，但是在那些案例中客户端 IP 是可以更改的。
IPVS代理模式
在大规模集群（例如10,000个服务）中，iptables 操作会显着降低速度。IPVS 专为负载平衡而设计，并基于内核内哈希表。因此，您可以通过基于 IPVS 的 kube-proxy 在大量服务中实现性能一致性。同时，基于 IPVS 的 kube-proxy 具有更复杂的负载平衡算法（最小连接，局部性，加权，持久性）。
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。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。在 Kubernetes v1.0 版本， Service 是 “4层”（TCP/UDP over IP）概念。 在Kubernetes v1.1 版本，新增了Ingress API（beta 版），用来表示 “7层”（HTTP）服务 。
这种模式，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。
ClusterIP
类型为ClusterIP的service，这个service有一个Cluster-IP，其实就一个VIP。具体实现原理依靠kubeproxy组件，通过iptables或是ipvs实现。
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 的地址和端口这种类型的service 只能在集群内访问。
使用镜像
docker pull tomcat:9.0.20-jre8-alpine
部署service
service/clusteripdemo.yml：

apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
  name: clusteripdemo 
  labels: 
    app: clusteripdemo 
spec: 
  replicas: 3 
  template: 
    metadata:
      name: clusteripdemo 
      labels: 
        app: clusteripdemo 
    spec: 
      containers: 
        - name: clusteripdemo 
          image: tomcat:9.0.20-jre8-alpine 
          imagePullPolicy: IfNotPresent 
          ports: 
            - containerPort: 8080 
      restartPolicy: Always 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: clusteripdemo 
--- 
apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: clusterip-svc 
spec: 
  selector: 
    app: clusteripdemo 
  ports: 
    - port: 8080 
      targetPort: 8080 
  type: ClusterIP

运行service

运行服务 
kubectl apply -f clusteripdemo.yml 

查看服务 
kubectl get svc 

访问服务 
curl 10.1.15.24:8080 

删除服务 
kubectl delete -f clusteripdemo.yml

NodePort

我们的场景不全是集群内访问，也需要集群外业务访问。那么ClusterIP就满足不了了。NodePort当然
是其中的一种实现方案。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 。

使用镜像

docker pull tomcat:9.0.20-jre8-alpine

部署service

service/nodeportdemo.yml

apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
  name: clusteripdemo 
  labels: 
    app: clusteripdemo 
spec: 
  replicas: 3 
  template: 
    metadata: 
      name: clusteripdemo 
      labels: 
        app: clusteripdemo 
      spec: 
        containers: 
          - name: clusteripdemo 
            image: tomcat:9.0.20-jre8-alpine 
            imagePullPolicy: IfNotPresent 
            ports: 
              - containerPort: 8080 
        restartPolicy: Always 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: clusteripdemo 
--- 
apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: clusterip-svc 
spec: 
  selector: 
    app: clusteripdemo 
  ports: 
    - port: 8080 
      targetPort: 8080 
      nodePort: 30088 
  type: NodePort

运行service

运行服务 
kubectl apply -f nodeportdemo.yml 

查看服务 
kubectl get svc 

访问服务 
curl 10.1.61.126:8080 

浏览器访问服务 
http://192.168.198.156:30088 

删除服务 
kubectl delete -f nodeportdemo.yml

LoadBalancer

LoadBalancer类型的service 是可以实现集群外部访问服务的另外一种解决方案。不过并不是所有的k8s集群都会支持，大多是在公有云托管集群中会支持该类型。负载均衡器是异步创建的，关于被提供的负载均衡器的信息将会通过Service的status.loadBalancer字段被发布出去。
创建LoadBalancer service 的yaml如下：

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: service-lagou 
spec: 
  ports: 
  - port: 3000 
    protocol: TCP 
    targetPort: 443 
    nodePort: 30080 
  selector: 
    run: pod-lagou 
  type: LoadBalancer

ExternalName

类型为 ExternalName 的service将服务映射到DNS名称，而不是典型的选择器，例如my-service或者cassandra。您可以使用spec.externalName参数指定这些服务。
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.lagouedu.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cname(别名)这种方式来提供服务
创建 ExternalName 类型的服务的 yaml 如下：

kind: Service 
apiVersion: v1 
metadata: 
  name: service-lagou 
spec: 
  ports: 
  - port: 3000 
    protocol: TCP 
    targetPort: 443 
  type: ExternalName 
  externalName: www.lagou.com