K8S之Service （ClusterIP/HeadLiness/NodePort/LoadBalancer/ExternalName）

在kurbernetes中，pod是应用程序的载体，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Sevice的入口地址就能访问到后面的pod服务Service在很多情况下

途径日暮不赏丶

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途径日暮不赏丶 · 2021-06-07 12:45:11 发布

一、Service概述

在kurbernetes中，pod是应用程序的载体，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Sevice的入口地址就能访问到后面的pod服务。

在这里插入图片描述
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节点上都运行着一个 kube-proxy 服务进程。

当创建Service的时候会通过api-server向etcd写入创建的service的信息，而kube-proxy会基于监听的机制发现这种service的变动，然后它会将最新的service信息转换成对应的访问规则（iptables规则或ipvs规则）。

在这里插入图片描述

kube-proxy三种工作模式

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lptables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。

该模式下，kube-proxy充当了一个四层负责均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中，在进行转发处理时会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然比较稳定，但是效率比较低。

在这里插入图片描述

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。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。

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

#此模式必须安装ipvs内核模块，否则会降级为iptables
#安装后开启ipvs
#用下面命令进入修改，找到mode，然后修改值为‘ipvs’
[root@k8s-master ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
#     mode: "ipvs"
configmap/kube-proxy edited
# 重新生成新pod
[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
pod "kube-proxy-kxxk6" deleted
pod "kube-proxy-psqxr" deleted
pod "kube-proxy-tvbtt" deleted

# 查看
[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.17.0.1:32347 rr
  -> 10.244.1.148:80              Masq    1      0          0         
TCP  192.168.126.100:32347 rr
  -> 10.244.1.148:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.1:443 rr
  -> 192.168.126.100:6443         Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.42:53               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.43:53               Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:9153 rr
  -> 10.244.0.42:9153             Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.43:9153             Masq    1      0          0         
TCP  10.99.251.36:8080 rr
  -> 10.244.1.121:8080            Masq    1      0          0         
TCP  10.99.251.36:8081 rr
  -> 10.244.1.121:8081            Masq    1      0          0         
TCP  10.106.213.253:443 rr
  -> 192.168.126.102:443          Masq    1      0          0         
TCP  10.110.34.72:80 rr
  -> 10.244.1.148:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.244.0.0:32347 rr
  -> 10.244.1.148:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.244.0.1:32347 rr
  -> 10.244.1.148:80              Masq    1      0          0         
TCP  127.0.0.1:32347 rr
  -> 10.244.1.148:80              Masq    1      0          0         
UDP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.42:53               Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.43:53               Masq    1      0          0    
# 以上就是端口转发和请求转发算法组成的ipvs规则

二、Service资源清单文件

kind: Service #资源类型
apiVersion: v1 # 资源版本
metadata: #元数据
  name: service #资源名称
  namespace: dev #命名空间
spec: #描述
  selector: #标签选择器，用于确定当前service代理哪些pod
    app: nginx
  type: # Service类型，指定service的访问方式
  clusterIP: # 虚拟服务的ip地址
  sessionAffinity: # session亲和性，支持ClientIP（基于同一IP的请求转发到后端的同一pod上）、 None两个选项
  ports: #端口信息
    - protocol: TCP
      port: 3017 # service端口
      targetPort: 5003 # pod端口
      nodePort: 31122 #主机端口

Service类型

ClusterlP: 默认值，它是Kubernetes系统自动分配的虚拟IP，缺点是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

三、Service使用

在使用service之前，首先利用Deployment创建出3个pod, 注意要为pod设置app=nginx-pod的标签

# 编辑deployment资源清单文件
[root@k8s-master ~]# vim deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pc-deployment
  namespace: test
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers: 
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

# 创建
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f deployment.yaml 
deployment.apps/pc-deployment created

# 查看
[root@k8s-master ~]# kubectl get deploy,pod -n test -o wide --show-labels
NAME                            READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE   CONTAINERS   IMAGES         SELECTOR        LABELS
deployment.apps/pc-deployment   3/3     3            3           10h   nginx        nginx:1.17.1   app=nginx-pod   <none>

NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES   LABELS
pod/pc-deployment-6696798b78-dvmnq   1/1     Running   1          10h   10.244.1.151   k8s-node01   <none>           <none>            app=nginx-pod,pod-template-hash=6696798b78
pod/pc-deployment-6696798b78-f9gp6   1/1     Running   1          10h   10.244.2.125   k8s-node02   <none>           <none>            app=nginx-pod,pod-template-hash=6696798b78
pod/pc-deployment-6696798b78-flgq6   1/1     Running   1          10h   10.244.2.126   k8s-node02   <none>           <none>            app=nginx-pod,pod-template-hash=6696798b78

# 为了方便观察请求转发到后端的哪个pod上，对三台nginx容器的index.htm1页面进行修改(均为自己的IP地址)
[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it  pc-deployment-6696798b78-dvmnq -n test  -- /bin/bash
root@pc-deployment-6696798b78-dvmnq:/# echo "Pod1: 10.244.1.151" > /usr/share/nginx/html/index.html
root@pc-deployment-6696798b78-dvmnq:/# exit
exit
[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it  pc-deployment-6696798b78-f9gp6 -n test  -- /bin/bash
root@pc-deployment-6696798b78-f9gp6:/# echo "Pod2: 10.244.2.125" > /usr/share/nginx/html/index.html
root@pc-deployment-6696798b78-f9gp6:/# exit
exit
[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it  pc-deployment-6696798b78-flgq6 -n test  -- /bin/bash
root@pc-deployment-6696798b78-flgq6:/# echo "Pod3: 10.244.2.126" > /usr/share/nginx/html/index.html
root@pc-deployment-6696798b78-flgq6:/# exit
exit
 
# 访问测试
[root@k8s-master ~]# curl 10.244.1.151
Pod1: 10.244.1.151
[root@k8s-master ~]# curl 10.244.2.125
Pod2: 10.244.2.125
[root@k8s-master ~]# curl 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126

ClusterIP类型的Service

缺点是只能在集群内部访问

# 编写 ClusterIP类型的Service 清单配置文件
[root@k8s-master ~]# vim service-clusterip.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: test
spec:
  selector:
    app: nginx-pod	# 根据标签选择器将该service作为上面创建pod的代理
  clusterIP: 	# service的ip地址， 不写，默认会生成一个；写的话必须在之前配置的网段内
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80      # Service端口
    targetPort: 80 # pod端口

# 创建
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f service-clusterip.yaml
service/service-clusterip created

# 查看
[root@k8s-master ~]# kubectl get svc -n test -o wide
NAME                TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-clusterip   ClusterIP   10.106.190.133   <none>        80/TCP    8s    app=nginx-pod
# 查看svc的详细信息
[root@k8s-master ~]# kubectl describe svc service-clusterip -n test
Name:              service-clusterip
Namespace:         test
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                10.106.190.133
Port:              <unset>  80/TCP	# service端口
TargetPort:        80/TCP	# pod端口
Endpoints:         10.244.1.151:80,10.244.2.125:80,10.244.2.126:80    # Endpoints是实现实际服务的端点集合
Session Affinity:  None		# session亲和性
Events:            <none>

# 查看ipvs映射规则
[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
......
TCP  10.106.190.133:80 rr	# 以轮询的策略将访问到service的请求转发到后端的三个pod中
  -> 10.244.1.151:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.125:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.126:80              Masq    1      0          0  
  ......       

# 循环访问测试
[root@k8s-master ~]# while true ; do curl 10.106.190.133:80 ; sleep 3 ; done;
Pod2: 10.244.2.125
Pod1: 10.244.1.151
Pod3: 10.244.2.126
Pod1: 10.244.1.151
Pod3: 10.244.2.126
Pod2: 10.244.2.125
Pod1: 10.244.1.151
Pod3: 10.244.2.126
Pod2: 10.244.2.125
Pod1: 10.244.1.151
Pod3: 10.244.2.126
Pod2: 10.244.2.125
# 可以看出是基于轮询的效果
 

# 修改请求分发策略为：基于客户端地址的会话保持模式
[root@k8s-master ~]# kubectl delete -f service-clusterip.yaml 
service "service-clusterip" deleted
[root@k8s-master ~]# vim service-clusterip.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: test
spec:
  sessionAffinity: ClientIP	# 加上了该行
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: 
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80 
    targetPort: 80 
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f service-clusterip.yaml
service/service-clusterip created
[root@k8s-master ~]# kubectl describe svc service-clusterip -n test
Name:              service-clusterip
Namespace:         test
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                10.108.208.172		# 因为重新创建了svc，所以此时IP改变了
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.151:80,10.244.2.125:80,10.244.2.126:80
Session Affinity:  ClientIP		# 基于客户端地址的会话保持模式
Events:            <none>
[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
......
TCP  10.108.208.172:80 rr persistent 10800   # persistent
  -> 10.244.1.151:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.125:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.126:80              Masq    1      0          0  
......
# 再次访问测试
[root@k8s-master ~]# while true ; do curl 10.108.208.172:80 ; sleep 3 ; done;
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126
Pod3: 10.244.2.126

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。
在这里插入图片描述

[root@k8s-master ~]# kubectl get endpoints -n test
NAME                ENDPOINTS                                         AGE
service-clusterip   10.244.1.151:80,10.244.2.125:80,10.244.2.126:80   7m10s

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:

如果不定义，默认使用kube-proxy的策略，比如随机、轮询rr
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。使用此模式需在spec中添加 sessionAffinity: ClientIP选项

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ClusteriP, 如果想要访问service, 只能通过service的域名进行查询。

# 编写HeadLiness类型Service的资源清单文件
[root@k8s-master ~]# vim service-headliness.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-headliness
  namespace: test
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: None 	#将clusterIP设置为None,即可创建 headliness Service
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

# 创建 
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f service-headliness.yaml
service/service-headliness created

# 查看
[root@k8s-master ~]# kubectl get svc service-headliness -n test -o wide
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-headliness   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    16s   app=nginx-pod
[root@k8s-master ~]# kubectl describe svc service-headliness -n test
Name:              service-headliness
Namespace:         test
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                None
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.151:80,10.244.2.125:80,10.244.2.126:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>
# 可以看到该service没有ip地址，为None

[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n test
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-6696798b78-dvmnq   1/1     Running   1          12h
pc-deployment-6696798b78-f9gp6   1/1     Running   1          12h
pc-deployment-6696798b78-flgq6   1/1     Running   1          12h
[root@k8s-master ~]# kubectl exec -it pc-deployment-6696798b78-dvmnq -n test -- cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.96.0.10
search test.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5
[root@k8s-master ~]# dig @10.96.0.10 service-headliness.test.svc.cluster.local

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-26.P2.el7_9.5 <<>> @10.96.0.10 service-headliness.test.svc.cluster.local
; (1 server found)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 49065
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 3, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;service-headliness.test.svc.cluster.local. IN A

;; ANSWER SECTION:
service-headliness.test.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.2.126
service-headliness.test.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.2.125
service-headliness.test.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.151

;; Query time: 0 msec
;; SERVER: 10.96.0.10#53(10.96.0.10)
;; WHEN: Thu Jun 03 10:50:32 CST 2021
;; MSG SIZE  rcvd: 241

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。

在这里插入图片描述

# 编写NodePort类型Service的资源清单文件
[root@k8s-master ~]# vim service-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: test
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort # service类型
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 30002 #指定绑定的node的端口(默认的取值范围是: 30000-32767)， 如果不指定，会默认分配
    targetPort: 80

# 创建
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f service-nodeport.yaml 
service/service-nodeport created

# 查看
[root@k8s-master ~]# kubectl get svc service-nodeport -n test -o wide
NAME               TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTOR
service-nodeport   NodePort   10.99.124.85   <none>        80:30002/TCP   17s   app=nginx-pod
# 当访问 节点IP:30002 时会将请求转发到 10.99.124.85:80 上
[root@k8s-master ~]# kubectl describe svc service-nodeport -n test
Name:                     service-nodeport
Namespace:                test
Labels:                   <none>
Annotations:              <none>
Selector:                 app=nginx-pod
Type:                     NodePort
IP:                       10.99.124.85
Port:                     <unset>  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
NodePort:                 <unset>  30002/TCP
Endpoints:                10.244.1.151:80,10.244.2.125:80,10.244.2.126:80
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

访问测试：

可以通过电脑主机的浏览器去访问集群中任意一个nodeip的30002端口，即可访问到pod
在这里插入图片描述

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，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。

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

[root@k8s-master ~]# vim service-externalname.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: test
spec:
  type: ExternalName # service类型
  externalName: www.baidu.com #改成ip地址也可以
# 即在内部使用该service引入外部的www.baidu.com服务

# 创建
[root@k8s-master ~]# kubectl create -f service-externalname.yaml 
service/service-externalname created

# 查看
[root@k8s-master ~]# kubectl get svc service-externalname -n test -o wide
NAME                   TYPE           CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP     PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-externalname   ExternalName   <none>       www.baidu.com   <none>    13s   <none>
[root@k8s-master ~]# kubectl describe svc service-externalname -n test
Name:              service-externalname
Namespace:         test
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          <none>
Type:              ExternalName
IP:                
External Name:     www.baidu.com
Session Affinity:  None
Events:            <none>

# 域名解析
[root@k8s-master ~]#  dig @10.96.0.10 service-externalname.test.svc.cluster.local

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-26.P2.el7_9.5 <<>> @10.96.0.10 service-externalname.test.svc.cluster.local
; (1 server found)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 34153
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 5, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;service-externalname.test.svc.cluster.local. IN	A

;; ANSWER SECTION:
service-externalname.test.svc.cluster.local. 30	IN CNAME www.baidu.com.
www.baidu.com.		30	IN	CNAME	www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com.	30	IN	CNAME	www.wshifen.com.
www.wshifen.com.	30	IN	A	104.193.88.123
www.wshifen.com.	30	IN	A	104.193.88.77

;; Query time: 339 msec
;; SERVER: 10.96.0.10#53(10.96.0.10)
;; WHEN: Thu Jun 03 11:17:26 CST 2021
;; MSG SIZE  rcvd: 292

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