Kubernetes中Service的种类

Posted 2021-09-13 Yuan_sr

Service的概念

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

Service能够提供负载均衡能力，但是在使用上有以下限制：

• 只提供4层负载能力，而没有7层功能，但是有时我们可能需要更多的匹配规则来转发请求，这点来说4层负载均衡时不支持的

Service的类型

Service的四种类型：

• ClusterIP：默认类型，自动分配一个仅Cluster内部可访问的虚拟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
• LoadBalance：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<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以上版本的kube-dns才支持

VIP和Service代理

在Kubernetes集群中，每个Node节点运行一个kube-proxy进程，kube-proxy负责Service实现一种虚拟IP的形式，而不是ExternalName的形式，在Kubernetesv1.0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版本开始，默认就是iptables代理，在Kubernetes v1.8.0-beta.0中，添加了ipvs代理，在Kubernetes v1.14版本开始默认使用ipvs代理

在Kubernetesv1.0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

ipvs代理模式

这种模式，kube-proxy会监视Kubernetes Service对象和Endpoints，调用netlink接口以相对应地创建ipvs规则并定期与Kubernetes Service对象和Endpoint对象同步ipvs，以确保ipvs状态与期望一致，访问服务时，流量被重定向到其中一个后端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中工作，这意味着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更多选项，例如：

• rr:轮训调度
• lc:最小连接数
• dn:目标哈希
• sh:源哈希
• sed:最短期望延迟
• nq:不排队调度

ClusterIP

ClusterIP主要在每个Node节点使用iptables/ipvs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

为例实现该流程，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，并将变化信息写入本地的iptables/ipvs规则中
• iptables/ipvs使用NAT等技术将VIP的流量转至endpoint中

创建Deployment信息

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: stabel
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: stabel
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

创建Service信息

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp  #标签选择器
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

查询命令

ipvsadm -Ln

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，并且平台也不会为它们进行负载均衡和路由

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

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，然后有kube-proxy进一步给对应的Pod

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: myapp  #标签选择器
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

查询命令

ipvsadm -Ln

LoadBalancer

LoadBalancer和NodePode其实是同一种方式，区别在于loadBalancer比NodePort多了一步，就是可以调用cloud provider去创建LB来向节点导流（收费，laas:负载均衡即服务）

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，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

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: www.example.com

当查询主机my-service.default.svc.cluster.local时，集群的DSN服务将返回一个值my.database.example.com的CNAM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