k8s 对外服务之 Ingress
k8s 对外服务之 Ingress
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1 Ingress
1.1 Ingress 简介
service 的作用体现在两个方面:
- 对集群内部,它不断跟踪 pod 的变化,更新 endpoint 中对应 pod 的对象,提供了 ip 不断变化的 pod 的服务发现机制;
- 对集群外部,他类似负载均衡器,可以在集群内外部对 pod 进行访问。
在 Kubernetes 中,Pod 的 IP 地址和 service 的 ClusterIP 仅可以在集群网络内部使用,对于集群外的应用是不可见的。为了使外部的应用能够访问集群内的服务,Kubernetes 提供了以下几种方案:
- NodePort:将 service 暴露在节点网络上,NodePort 背后就是 Kube-Proxy,Kube-Proxy是沟通 service 网络、Pod 网络和节点网络的桥梁。缺点:每个端口只能对应一种服务,而端口范围只能是 30000-32767,所以当服务数量过多时,端口的分配和管理会有很多问题。
- LoadBalancer:通过设置 LoadBalancer 映射到云服务商提供的 LoadBalancer 地址。在service提交后,Kubernetes就会调用 CloudProvider 在公有云上为你创建一个负载均衡服务,并且把被代理的 Pod 的 IP 地址配置给负载均衡服务做后端。缺点:只能在公有云服务提供商的云平台上设置 Service。受限于云平台,且通常在云平台部署 LoadBalancer 还需要额外的费用。
- externalIPs:service 允许为其分配外部 IP,如果外部 IP 路由到集群中一个或多个 Node 上,Service 会被暴露给这些 externalIPs。通过外部 IP 进入到集群的流量,将会被路由到 Service 的 Endpoint 上。
- Ingress:只需一个或者少量的公网 IP 和 LB,即可同时将多个 HTTP 服务暴露到外网,基于七层反向代理。基于域名和 URL 路径,把用户的请求转发到一个或多个 service 的规则。
Ingress 组成
- ingress:ingress是一个 API 对象,通过 yaml 文件来配置,ingress 的作用是定义请求转发到 service 的规则,可以理解为配置模板。ingress 通过 http 或 https 暴露集群内部 service,给 service 提供外部 URL、负载均衡、SSL/TLS 以及基于域名的反向代理。ingress要依靠 ingress-controller 来具体实现以上功能。
- ingress-controller:当做反向代理或者说是转发器。ingress-controller 是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。
通常 ingress-controller 的形式都是一个 pod,里面运行 daemon 程序和反向代理程序。daemon 负责不断监控集群的变化,根据 ingress 对象生成配置并应用新配置到反向代理,比如 ingress-nginx 就是动态生成 nginx 配置,动态更新 upstream,并在需要的时候 reload 程序应用新配置。
总结:ingress-controller 才是负责具体转发的组件,通过各种方式将它暴露在集群入口,外部对集群的请求流量会先到 ingress-controller, 而 ingress 对象是用来告诉 ingress-controller 该如何转发请求,比如哪些域名、哪些 URL 要转发到哪些 service 等等。
1.3 Ingress 工作原理
- ingress-controller 通过和 kubernetes APIServer 交互,动态感知到集群中 ingress 规则的变化
- 然后读取它,按照自定义的规则,生成一段nginx配置
- 接着 ingress-controller 控制器将新的 nginx 配置写入到 nginx-ingress-controller 的 pod 上的 /etc/nginx.conf 文件中
- 最后 reload 使配置生效。以此达到域名区分配置和动态更新的作用。
1.4 ingress 暴露服务的方式
- Deployment + LoadBalancer 模式的 Service
如果要把 ingress 部署在公有云,这种方式比较合适。用 Deployment 部署 ingress-controller,创建一个 type 为 LoadBalancer 的 service 关联这组 pod。大部分公有云,都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器,通常还绑定了公网地址。 只要把域名解析指向该地址,就实现了集群服务的对外暴露 - DaemonSet + HostNetwork + nodeSelector
用 DaemonSet 结合 nodeselector 来部署 ingress-controller 到特定的 node 上,然后使用 HostNetwork 直接把该 pod 与宿主机 node 的网络打通,直接使用宿主机的 80/433 端口就能访问服务。这时,ingress-controller 所在的 node 机器就很类似传统架构的边缘节点。该方式请求链路最简单,性能相对 NodePort 模式更好。缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口,一个 node 只能部署一个 ingress-controller pod。 比较适合大并发的生产环境使用。 - Deployment + NodePort 模式的 Service
同样用 deployment 模式部署 ingress-controller,并创建对应的 service,但是 type 为 NodePort。这样,ingress 就会暴露在集群节点 ip 的特定端口上。由于 nodeport 暴露的端口是随机端口,一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境 ip 地址不变的场景。NodePort 方式暴露 ingress 虽然简单方便,但是 NodePort 多了一层 NAT,在请求量级很大时可能对性能会有一定影响。
1.5 部署 nginx-ingress-controller示例
1.5.1 DaemonSet + HostNetwork + nodeSelector
1.部署 ingress-controller pod 及相关资源
mkdir /opt/ingress
cd /opt/ingress
官方下载地址
gitee下载地址
或者直接获取:
# 官方
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml
# gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml
mandatory.yaml 文件中包含了 namespace、ConfigMap、role,ServiceAccount 等所有部署 ingress-controller 所需要的资源。
2.修改 ClusterRole 资源配置
vim mandatory.yaml
增加 networking.k8s.io Ingress 资源的 api
3.指定 nginx-ingress-controller 运行在 node02 节点
为 node02 添加标签
kubectl label node node02 ingress=true
4.修改 Deployment 为 DaemonSet ,指定节点运行,并开启 hostNetwork 网络
vim mandatory.yaml
5.在所有 node 节点上传 nginx-ingress-controller 镜像压缩包 ingree.contro.tar.gz 到 /opt/ingress 目录,并解压和加载镜像
cd /opt/ingress
tar zxvf ingree.contro.tar.gz
docker load -i ingree.contro.tar
6.启动 nginx-ingress-controller
kubectl apply -f mandatory.yaml
nginx-ingress-controller 将运行在 node02 节点
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
kubectl get cm,daemonset -n ingress-nginx -o wide
到 node02 节点查看端口情况
netstat -lntp | grep nginx
由于配置了 hostnetwork,nginx 已经在 node 主机本地监听 80/443/8181 端口。其中 8181 是 nginx-controller 默认配置的一个 default backend(Ingress 资源没有匹配的对象时,流量就会被导向这个 default backend)。这样,只要访问 node 主机有公网 IP,就可以直接映射域名来对外网暴露服务了。如果要 nginx 高可用的话,可以在多个 node上部署,并在前面再搭建一套 LVS+keepalived 做负载均衡。
7.创建 ingress 规则
创建一个 deploy 和 svc
vim service-nginx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-app
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-app-svc
spec:
type: ClusterIP
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 80
selector:
app: nginx
kubectl apply -f service-nginx.yaml
kubectl get deployments.apps,svc
创建 ingress
- 方法一:(extensions/v1beta1 Ingress 在1.22版本将弃用)
vim ingress-app.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx-app-ingress
spec:
rules:
- host: www.kgc.com
http:
paths:
- path: /
backend:
serviceName: nginx-app-svc
servicePort: 80
- 方法二:
vim ingress-app.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx-app-ingress
spec:
rules:
- host: www.kgc.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx-app-svc
port:
number: 80
kubectl apply -f ingress-app.yaml
kubectl get pods
kubectl get ingress
8.测试访问
本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts
curl www.kgc.com
9.查看 nginx-ingress-controller
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
kubectl exec -it -n ingress-nginx nginx-ingress-controller-6k2cw /bin/bash
more /etc/nginx/nginx.conf
可以看到从 start server www.kgc.com 到 end server www.kgc.com 之间包含了此域名用于反向代理的配置
1.5.2 Deployment + NodePort 模式的 Service
1.下载 nginx-ingress-controller 和 ingress-nginx 暴露端口配置文件
mkdir /opt/ingress-nodeport
cd /opt/ingress-nodeport
官方mandatory.yaml下载地址
官方service-nodeport.yaml下载地址
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
gitee mandatory.yaml下载地址
gitee service-nodeport.yaml下载地址
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
2.在所有 node 节点上传镜像包 ingress-controller-0.30.0.tar 到 /opt/ingress-nodeport 目录,并加载镜像
docker load -i ingress-controller-0.30.0.tar
3.启动 nginx-ingress-controller
kubectl apply -f mandatory.yaml
kubectl apply -f service-nodeport.yaml
如果K8S Pod 调度失败,在 kubectl describe pod 查看资源时显示:
Warning FailedScheduling 18s (x2 over 18s) default-scheduler 0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match node selector
解决方案:
- 如果对节点有要求,给需要调度的node加上对应标签。比如上面这个 yaml 文件的例子:
kubectl label nodes node01 kubernetes.io/os=linux - 删除 yaml 文件中的 nodeSelector:如果对节点没有要求的话,直接删除节点选择器即可
kubectl get pod,svc -n ingress-nginx
1.6 补充示例
1.6.1 Ingress HTTP 代理访问
cd /opt/ingress-nodeport
创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源
vim ingress-nginx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-app
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
name: nginx
template:
metadata:
labels:
name: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-svc
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 80
protocol: TCP
selector:
name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx-test
spec:
rules:
- host: www.benet.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx-svc
port:
number: 80
kubectl apply -f ingress-nginx.yaml
kubectl get svc,pods -o wide
kubectl exec -it nginx-app-57dd86f5cc-6k2cw bash
cd /usr/share/nginx/html/
echo “this is dzd” > index.html
kubectl exec -it nginx-app-57dd86f5cc-x85qc bash
cd /usr/share/nginx/html/
echo ‘this is tsh’ > index.html
测试访问
curl 10.244.2.5
curl 10.244.2.4
kubectl get svc -n ingress-nginx
本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts
外部访问
curl http://www.dzd.com:30602
1.6.2 Ingress HTTP 代理访问虚拟主机
mkdir /opt/ingress-nodeport/vhost
cd /opt/ingress-nodeport/vhost
创建虚拟主机1资源
vim deployment1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: deployment1
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
name: nginx1
template:
metadata:
labels:
name: nginx1
spec:
containers:
- name: nginx1
image: soscscs/myapp:v1
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: svc-1
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 80
protocol: TCP
selector:
name: nginx1
kubectl apply -f deployment1.yaml
创建虚拟主机2资源
vim deployment2.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: deployment2
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
name: nginx2
template:
metadata:
labels:
name: nginx2
spec:
containers:
- name: nginx2
image: soscscs/myapp:v2
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: svc-2
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 80
protocol: TCP
selector:
name: nginx2
kubectl apply -f deployment2.yaml
创建ingress资源
vim ingress-nginx.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: ingress1
spec:
rules:
- host: www1.kgc.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: svc-1
port:
number: 80
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: ingress2
spec:
rules:
- host: www2.kgc.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: svc-2
port:
number: 80
kubectl apply -f ingress-nginx.yaml
测试访问
kubectl get svc -n ingress-nginx
添加主机映射
vim /etc/hosts
curl www1.dzd.com:30602
curl www2.dzd.com:30602
1.6.3 Ingress HTTPS 代理访问
mkdir /opt/ingress-nodeport/https
cd /opt/ingress-nodeport/https
创建ssl证书
openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj “/CN=nginxsvc/O=nginxsvc”
创建 secret 资源进行存储
kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt
kubectl get secret
kubectl describe secret tls-secret
创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源
vim ingress-https.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-app
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
name: nginx
template:
metadata:
labels:
name: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
imagePullPolicy: IfNotPresent
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-svc
spec:
ports:
- port: 80
targetPort: 80
protocol: TCP
selector:
name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx-https
spec:
tls:
- hosts:
- www3.kgc.com
secretName: tls-secret
rules:
- host: www3.kgc.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx-svc
port:
number: 80
kubectl apply -f ingress-https.yaml
kubectl get svc -n ingress-nginx
访问测试
在宿主机的 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts 文件中添加 192.168.188.14 www3.dzd.com 记录
使用浏览器访问:https://www3.dzd.com:30602
1.6.4 Nginx 进行 BasicAuth
mkdir /opt/ingress-nodeport/basic-auth
cd /opt/ingress-nodeport/basic-auth
生成用户密码认证文件,创建 secret 资源进行存储
yum -y install httpd
htpasswd -c auth zhangsan #认证文件名必须为 auth
kubectl create secret generic basic-auth --from-file=auth
创建 ingress 资源
vim ingress-auth.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: ingress-auth
annotations:
#设置认证类型basic
nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic
#设置secret资源名称basic-auth
nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth
#设置认证窗口提示信息
nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: 'Authentication Required - zhangsan'
spec:
rules:
- host: auth.kgc.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx-svc
port:
number: 80
具体详细设置方法可参考官网
kubectl apply -f ingress-auth.yaml
访问测试
kubectl get svc -n ingress-nginx
echo ‘192.168.10.19 auth.dzd.com’ >> /etc/hosts
浏览器访问:http://auth.dzd.com:30602
1.6.5 Nginx 进行重写
metadata.annotations 配置说明
- nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: <字符串>:#必须重定向流量的目标 URI
- nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: <布尔值>:#指示位置部分是否仅可访问 SSL (当 Ingress 包含证书时,默认为 true)
- nginx.ingress.kubernetes.io/force-ssl-redirec:<布尔值>: #即使 Ingress 未启用 TLS,也强制重定向到 HTTPS
- nginx.ingress.kubernetes.io/app-root: <字符串>:#定义 Controller 必须重定向的应用程序根,如果它在’/'上下文中
- nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex: <布尔值>:#指示 Ingress 上定义的路径是否使用正则表达式
vim ingress-rewrite.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx-rewrite
annotations:
nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: http://www1.kgc.com:32383
spec:
rules:
- host: re.kgc.com
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
#由于re.kgc.com只是用于跳转不需要真实站点存在,因此svc资源名称可随意定义
service:
name: nginx-svc
port:
number: 80
kubectl apply -f ingress-rewrite.yaml
echo ‘192.168.188.14 re.dzd.com’ >> /etc/hosts
浏览器访问:http://re.dzd.com:30602
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