k8s3 Service详解 Ingress服务 数据存储 安全认证

Posted 2022-02-10 lin-fighting

Service详解

在kubernetes中，pod是应用程序的载体，我们可以通过pod的ip来访问应用程序，但是pod的ip地址不是固定的，这也就意味着不方便直接采用pod的ip对服务进行访问。
为了解决这个问题，kubernetes提供了Service资源，Service会对提供同一个服务的多个pod进行聚合，并且提供一个统一的入口地址。通过访问Service的入口地址就能访问到后面的pod服务。
通过service就可以访问特定的pod。
像之前的kubectl expose service xxxx等等，就是用来创建service来访问特定的pod，因为pod ID会随着每次重新创建而变化。

Kube-proxy

Service在很多情况下只是一个概念，真正起作用的其实是kube-proxy服务进程。
每个node节点上都跑着一个kube-proxy服务

当我们创建service的时候，api-server会向etcd写入创建的service信息，而kube-proxy会给予watch的监听机制发现service的变动，然后将最新的service信息转换成对应的访问规则。

如：

# 10.97.97.97:80 是service提供的访问入口
# 当访问这个入口的时候，可以发现后面有三个pod的服务在等待调用，
# kube-proxy会基于rr（轮询）的策略，将请求分发到其中一个pod上去
# 这个规则会同时在集群内的所有节点上都生成，所以在任何一个节点上访问都可以。

kube-proxy目前支持三种工作模式:

• userspace 模式
• iptables 模式
• ipvs 模式

userspace 模式

userspace模式下，kube-proxy会为每一个Service创建一个监听端口，发向Cluster IP的请求被Iptables规则重定向到kube-proxy监听的端口上
kube-proxy根据LB算法选择一个提供服务的Pod并和其建立链接，以将请求转发到Pod上.
kube-proxy充当了一个四层负责均衡器的角色，相当于一个管家，接受到请求之后还要计算哪个pod比较好，再给他转发。

iptables 模式

iptables模式下，kube-proxy为service后端的每个Pod创建对应的iptables规则，直接将发向Cluster IP的请求重定向到一个Pod IP
该模式下kube-proxy不承担四层负责均衡器的角色，只负责创建iptables规则。相当于一个规则创建员，制定好每个Pod的规则，你们该去哪里去哪里。
该模式的优点是较userspace模式效率更高，但不能提供灵活的LB策略，当后端Pod不可用时也无法进行重试。

ipvs 模式

ipvs模式和iptables类似，kube-proxy监控Pod的变化并创建相应的ipvs规则。ipvs相对iptables转发效率更高。除此以外，ipvs支持更多的LB算法。

Kube-proxy三种模式，管家类，啥都操心。规则类，只制定规则，其他不管，升级的规则类，可以i通过pod变化实时改变Pod规则，效率更高。

Service类型

• ClusterIP：默认值，它是Kubernetes系统自动分配的虚拟IP，只能在集群内部访问
• NodePort：将Service通过指定的Node上的端口暴露给外部，通过此方法，就可以在集群外部访问服务
• LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发，注意此模式需要外部云环境支持
• ExternalName： 把集群外部的服务引入集群内部，直接使用

Endpoint

Endpoint是kubernetes中的一个资源对象，存储在etcd中，用来记录一个service对应的所有pod的访问地址，它是根据service配置文件中selector描述产生的。
一个Service由一组Pod组成，这些Pod通过Endpoints暴露出来，Endpoints是实现实际服务的端点集合。换句话说，service和pod之间的联系是通过endpoints实现的。

负载分发策略

对Service的访问被分发到了后端的Pod上去，目前kubernetes提供了两种负载分发策略：

• 1 如果不定义，默认使用kube-proxy的策略，比如随机、轮询
• 2 基于客户端地址的会话保持模式，即来自同一个客户端发起的所有请求都会转发到固定的一个Pod上

HeadLiness类型的Service

在某些场景中，开发人员可能不想使用Service提供的负载均衡功能，而希望自己来控制负载均衡策略，针对这种情况，kubernetes提供了HeadLiness Service，这类Service不会分配Cluster IP，如果想要访问service，只能通过service的域名进行查询。

NodePort类型的Service

在之前的样例中，创建的Service的ip地址只有集群内部才可以访问，如果希望将Service暴露给集群外部使用，那么就要使用到另外一种类型的Service，称为NodePort类型。NodePort的工作原理其实就是将service的端口映射到Node的一个端口上，然后就可以通过NodeIp:NodePort来访问service了。

LoadBalancer类型的Service

LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外部暴露一个端口，区别在于LoadBalancer会在集群的外部再来做一个负载均衡设备，而这个设备需要外部环境支持的，外部服务发送到这个设备上的请求，会被设备负载之后转发到集群中

ExternalName类型的Service

ExternalName类型的Service用于引入集群外部的服务，它通过externalName属性指定外部一个服务的地址，然后在集群内部访问此service就可以访问到外部的服务了。

Ingress

Service对集群之外暴露服务的主要方式有两种：NotePort和LoadBalancer

• NodePort方式的缺点是会占用很多集群机器的端口，那么当集群服务变多的时候，这个缺点就愈发明显
• LB方式的缺点是每个service需要一个LB，浪费、麻烦，并且需要kubernetes之外设备的支持

基于这种现状，kubernetes提供了Ingress资源对象，Ingress只需要一个NodePort或者一个LB就可以满足暴露多个Service的需求。工作机制大致如下图表示：

Ingress类似于nginx，可以做负载均衡，反向映射等等。
Ingress相当于一个7层的负载均衡器，是kubernetes对反向代理的一个抽象。在Ingress里建立诸多映射规则
Ingress Controller通过监听这些配置规则并转化成Nginx的反向代理配置 , 然后对外部提供服务

• ingress：kubernetes中的一个对象，作用是定义请求如何转发到service的规则
• ingress controller：具体实现反向代理及负载均衡的程序，对ingress定义的规则进行解析，根据配置的规则来实现请求转发，实现方式有很多，比如Nginx, Contour, Haproxy等等

一个是定义规则，一个是实现规则

工作原理（nginx为例子）：

• 1 用户编写Ingress规则，说明哪个域名对应kubernetes集群中的哪个Service
• 2 Ingress控制器动态感知Ingress服务规则的变化，然后生成一段对应的Nginx反向代理配置
• 3 ngress控制器会将生成的Nginx配置写入到一个运行着的Nginx服务中，并动态更新
• 4 到此为止，其实真正在工作的就是一个Nginx了，内部配置了用户定义的请求转发规则
  

数据存储(Volumn)

容器的生命周期可能很短，会被频繁地创建和销毁。那么容器在销毁时，保存在容器中的数据也会被清除。
为了持久化保存容器的数据，kubernetes引入了Volume的概念。
Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下。
kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。
kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：

• 简单存储：EmptyDir、HostPath、NFS
• 高级存储：PV、PVC
• 配置存储：ConfigMap、Secret

基础存储

EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录
EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。
一般用于：

• 临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留
• 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）
  比如：
  在一个Pod中准备两个容器nginx和busybox，然后声明一个Volume分别挂在到两个容器的目录中，然后nginx容器负责向Volume中写日志，busybox中通过命令将日志内容读到控制台。
  

HostPath

EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。
HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上
跟docker的存储有点像。

NFS

HostPath可以解决数据化持久问题，但是如果node节点故障了，pod如果转移到了别的节点，就会出现问题了。此时就需要单独的网络存储系统，比较常用的有NFS,CIFS.
NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问。

高级存储

• PV（Persistent Volume）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。

• PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。
  

pv就是持久化卷，pvc就是命令。
使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：
存储：存储工程师维护
PV： kubernetes管理员维护
PVC：kubernetes用户维护
比如可以直接在一些pass上指定数据卷的大小路径等等，就是pvc，向k8s系统发起的一种资源申请。

PV

PV是存储资源的抽象

apiVersion: v1  
kind: PersistentVolume
metadata:
  name: pv2
spec:
  nfs: # 存储类型，与底层真正存储对应
  capacity:  # 存储能力，目前只支持存储空间的设置
    storage: 2Gi
  accessModes:  # 访问模式
  storageClassName: # 存储类别
  persistentVolumeReclaimPolicy: # 回收策略

PV 的关键配置参数说明：

• 存储类型： 底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异
• 存储能力（capacity）：目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置
• 访问模式（accessModes）用于描述用户应用对存储资源的访问权限
  • ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
  • ReadOnlyMany（ROX）： 只读权限，可以被多个节点挂载
  • ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载
  • 底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同
• 回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）： 当PV不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：
  • Retain （保留） 保留数据，需要管理员手工清理数据
  • Recycle（回收） 清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
  • Delete （删除） 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务
  • 底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同
• 存储类别: PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
• 状态（status）一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：
  • Available（可用）： 表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
  • Bound（已绑定）： 表示 PV 已经被 PVC 绑定
  • Released（已释放）： 表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明
  • Failed（失败）： 表示该 PV 的自动回收失败

PVC

PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息
PVC 的关键配置参数说明：

• 访问模式（accessModes） 用于描述用户应用对存储资源的访问权限

• 选择条件（selector）通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选

• 存储类别（storageClassName）PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出

• 资源请求（Resources ）描述对存储资源的请求

生命周期

PVC和PV是一一对应的，PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期：

配置存储

ConfigMap

ConfigMap是一种比较特殊的存储卷，它的主要作用是用来存储配置信息的。

Secret

在kubernetes中，还存在一种和ConfigMap非常类似的对象，称为Secret对象。它主要用于存储敏感信息，例如密码、秘钥、证书等等。

安全认证

访问控制

Kubernetes作为一个分布式集群的管理工具，保证集群的安全性是其一个重要的任务。所谓的安全性其实就是保证对Kubernetes的各种客户端进行认证和鉴权操作

客户端

k8s集群中，客户端一般有两种：

• User Account：一般是独立于kubernetes之外的其他服务管理的用户账号。
• Service Account：kubernetes管理的账号，用于为Pod中的服务进程在访问Kubernetes时提供身份标识。
  

认证、授权与准入控制

认证管理

Kubernetes集群安全的最关键点在于如何识别并认证客户端身份，它提供了3种客户端身份认证方式

• HTTP Base认证：通过用户名+密码的方式认证, 这种认证方式是把“用户名:密码”用BASE64算法进行编码后的字符串放在HTTP请求中的Header Authorization域里发送给服务端。服务端收到后进行解码，获取用户名及密码，然后进行用户身份认证的过程。
• HTTP Token认证：通过一个Token来识别合法用户。 这种认证方式是用一个很长的难以被模仿的字符串–Token来表明客户身份的一种方式。每个Token对应一个用户名，当客户端发起API调用请求时，需要在HTTP Header里放入Token，API Server接到Token后会跟服务器中保存的token进行比对，然后进行用户身份认证的过程。
• HTTPS证书认证：基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式，这种认证方式是安全性最高的一种方式，但是同时也是操作起来最麻烦的一种方式。

授权管理

授权发生在认证成功之后，认证只能让K8s知道你是谁，但是权限需要继续验证， Kubernetes会根据事先定义的授权策略来决定用户是否有权限访问，这个过程就称为授权。

每个发送到ApiServer的请求都带上了用户和资源的信息：比如发送请求的用户、请求的路径、请求的动作等，授权就是根据这些信息和授权策略进行比较，如果符合策略，则认为授权通过，否则会返回错误。

API Server目前支持以下几种授权策略：

• AlwaysDeny：表示拒绝所有请求，一般用于测试
• AlwaysAllow：允许接收所有请求，相当于集群不需要授权流程（Kubernetes默认的策略）
• ABAC：基于属性的访问控制，表示使用用户配置的授权规则对用户请求进行匹配和控制
• Webhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权
• Node：是一种专用模式，用于对kubelet发出的请求进行访问控制
• RBAC：基于角色的访问控制（kubeadm安装方式下的默认选项）
  RBAC(Role-Based Access Control) 基于角色的访问控制，主要是在描述一件事情：给哪些对象授予了哪些权限
  其中涉及到了下面几个概念：
• 对象：User、Groups、ServiceAccount
• 角色：代表着一组定义在资源上的可操作动作(权限)的集合
• 绑定：将定义好的角色跟用户绑定在一起
  

9.4 准入控制

通过了前面的认证和授权之后，还需要经过准入控制处理通过之后，apiserver才会处理这个请求。
准入控制是一个可配置的控制器列表，可以通过在Api-Server上通过命令行设置选择执行哪些准入控制器
只有当所有的准入控制器都检查通过之后，apiserver才执行该请求，否则返回拒绝。

简而言之，就是k8s知道你是谁后，也知道你有权限，但还是要检查一下，才能执行请求。

DashBoard

之前在kubernetes中完成的所有操作都是通过命令行工具kubectl完成的。其实，为了提供更丰富的用户体验，kubernetes还开发了一个基于web的用户界面（Dashboard）。用户可以使用Dashboard部署容器化的应用，还可以监控应用的状态，执行故障排查以及管理kubernetes中各种资源。

部门内容转自https://www.cnblogs.com/weicunqi/p/14943115.html
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