SRE容器工程师面试题：k8s 中 service 什么含义，怎么用

Service 是一种抽象的对象，它定义了一组 Pod 的逻辑集合和一个用于访问它们的策略，一个 Serivce 下面包含的 Pod 集合一般是由 Label Selector 来决定的。假如我们后端运行了 3 个副本，这些副本都是可以替代的，因为前端并不关心它们使用的是哪一个后端服务。

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尽管由于各种原因后端的 Pod 集合会发生变化，但是前端却不需要知道这些变化，也不需要自己用一个列表来记录这些后端的服务，Service 的这种抽象就可以帮我们达到这种解耦的目的。

service 为后端 pod 提供一组负载均衡代理

三种 IP：

•Node IP：Node 节点的 IP 地址

•Pod IP：Pod 的 IP 地址

•Cluster IP：Service 的 IP 地址

首先，Node IP 是 Kubernetes 集群中节点的物理网卡 IP 地址(一般为内网)，所有属于这个网络的服务器之间都可以直接通信，所以 Kubernetes 集群外要想访问 Kubernetes 集群内部的某个节点或者服务，肯定得通过 Node IP 进行通信（这个时候一般是通过外网 IP 了）

然后 Pod IP 是每个 Pod 的 IP 地址，它是 Docker Engine 根据 docker0 网桥的 IP 地址段进行分配的（我们这里使用的是 flannel 这种网络插件保证所有节点的 Pod IP 不会冲突）

最后 Cluster IP 是一个虚拟的 IP，仅仅作用于 Kubernetes Service 这个对象，由 Kubernetes 自己来进行管理和分配地址，当然我们也无法 ping 这个地址，他没有一个真正的实体对象来响应，他只能结合 Service Port 来组成一个可以通信的服务。

定义 Service

定义 Service 的方式和各种资源对象的方式类型一样，假定我们有一组 Pod 服务，它们对外暴露了 80 端口，同时都被打上了 app=myapp 这样的标签，那么我们就可以像下面这样来定义一个 Service 对象：

pod 示例：

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: test

spec:

  selector:

    matchLabels:

      app: myapp

  replicas: 3

  template:

    metadata:

      labels:

        app: myapp

    spec:

      containers:

      - name: nginx

        image: nginx:1.7.9

        ports:

        - containerPort: 80

service 基于 pod 的示例：

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

  name: myservice

spec:

  selector:

    app: myapp

  ports:

  - protocol: TCP

    port: 80

    targetPort: 80

然后通过的使用 kubectl create -f myservice.yaml 就可以创建一个名为 myservice 的 Service 对象，它会将请求代理到使用 TCP 端口为 80，具有标签 app=myapp 的 Pod 上，这个 Service 会被系统分配一个我们上面说的 Cluster IP，该 Service 还会持续的监听 selector 下面的 Pod，会把这些 Pod 信息更新到一个名为 myservice 的 Endpoints 对象上去，这个对象就类似于我们上面说的 Pod 集合了。

需要注意的是，Service 能够将一个接收端口映射到任意的 targetPort。默认情况下，targetPort 将被设置为与 port 字段相同的值。可能更有趣的是，targetPort 可以是一个字符串，引用了 backend Pod 的一个端口的名称。因实际指派给该端口名称的端口号，在每个 backend Pod 中可能并不相同，所以对于部署和设计 Service ，这种方式会提供更大的灵活性。另外 Service 能够支持 TCP 和 UDP 协议，默认是 TCP 协议。

kube-proxy

在 Kubernetes 集群中，每个 Node 会运行一个 kube-proxy 进程, 负责为 Service 实现一种 VIP（虚拟 IP，就是我们上面说的 clusterIP）的代理形式，现在的 Kubernetes 中默认是使用的 iptables 这种模式来代理。这种模式，kube-proxy 会监视 Kubernetes master 对 Service 对象和 Endpoints 对象的添加和移除。

对每个 Service，它会添加上 iptables 规则，从而捕获到达该 Service 的 clusterIP（虚拟 IP）和端口的请求，进而将请求重定向到 Service 的一组 backend 中的某一个个上面。对于每个 Endpoints 对象，它也会安装 iptables 规则，这个规则会选择一个 backend Pod。

默认的策略是，随机选择一个 backend。我们也可以实现基于客户端 IP 的会话亲和性，可以将 service.spec.sessionAffinity 的值设置为 "ClientIP" （默认值为 "None"）。

另外需要了解的是如果最开始选择的 Pod 没有响应，iptables 代理能够自动地重试另一个 Pod，所以它需要依赖 readiness probes。

Service 类型

在定义 Service 的时候可以指定一个自己需要的类型的 Service，如果不指定的话默认是 ClusterIP 类型。

可以使用的服务类型如下：

•ClusterIP：通过集群的内部 IP 暴露服务，选择该值，服务只能够在集群内部可以访问，这也是默认的 ServiceType。•NodePort：通过每个 Node 节点上的 IP 和静态端口（NodePort）暴露服务。NodePort 服务会路由到 ClusterIP 服务，这个 ClusterIP 服务会自动创建。通过请求 :，可以从集群的外部访问一个 NodePort 服务。•LoadBalancer：使用云提供商的负载局衡器，可以向外部暴露服务。外部的负载均衡器可以路由到 NodePort 服务和 ClusterIP 服务，这个需要结合具体的云厂商进行操作。•ExternalName：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， foo.bar.example.com）。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。

NodePort 类型

如果设置 type 的值为 "NodePort"，Kubernetes master 将从给定的配置范围内（默认：30000-32767）分配端口，每个 Node 将从该端口（每个 Node 上的同一端口）代理到 Service。该端口将通过 Service 的 spec.ports[*].nodePort 字段被指定，如果不指定的话会自动生成一个端口。

需要注意的是，Service 将能够通过 :spec.ports[].nodePort 和 spec.clusterIp:spec.ports[].port 而对外可见。

接下来创建一个 NodePort 的服务

apiVersion: v1

kind: Service

metadata: 

 name: myservice

spec:  

selector:    

app: myapp  

type: NodePort

  ports: 

 - protocol: TCP

    port: 80

    targetPort: 80

    name: myapp-http

    nodePort: 32560

创建该 Service:

$ kubectl create -f service-demo.yaml

然后我们可以查看 Service 对象信息：

$ kubectl get svc

NAME        TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP  PORT(S)        AGE

kubernetes  ClusterIP  10.96.0.1              443/TCP        27d

myservice    NodePort    10.104.57.198          80:32560/TCP  14h

可以看到 myservice 的 TYPE 类型已经变成了 NodePort，后面的 PORT(S)部分也多了一个 32560 的随机映射端口。

ExternalName

ExternalName 是 Service 的特例，它没有 selector，也没有定义任何的端口和 Endpoint。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。

kind: Service

apiVersion: v1

metadata:

  name: my-service

  namespace: prod

spec: 

 type: ExternalName

  externalName: my.database.example.com

当查询主机 my-service.prod.svc.cluster.local 时，集群的 DNS 服务将返回一个值为 my.database.example.com 的 CNAME 记录。访问这个服务的工作方式与其它的相同，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。

如果后续决定要将数据库迁移到 Kubernetes 集群中，可以启动对应****的 Pod，增加合适的 Selector 或 Endpoint，修改 Service 的 type，完全不需要修改调用的代码，这样就完全解耦了。

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