【K8s】Service详解

迈不过友情╰ 2023-10-09 23:55 12阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  一、Service介绍
 *   *  1、认识Service
     *  2、kube-proxy的三种工作模式
     *  3、Service的类型
 *  二、Service的使用
 *   *  1、实验数据准备
     *  2、Service类型为ClusterIP
     *   *  补充：Endpoints
         *  补充：负载分发策略
     *  3、Service类型为HeadLiness
     *  3、Service类型为NodePort
     *  4、Service的类型是LoadBalancer
     *  5、Service的类型是ExternalName

接下来是K8s的流量负载组件–Service和Ingress

## 一、Service介绍 ##

### 1、认识Service ###

程序在容器中、容器在Pod中，可以通过pod的ip来访问应用程序，但是podIP会随着创建销毁而改变。由此，Service出现：

> 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。

在整个Service的生命周期中，ServiceIP是不会变化的。  
![在这里插入图片描述][5ad88d41bffc4f0bb9a1bc087a0d91d5.png]  
Service是一个概念，真正起作用的是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。

![在这里插入图片描述][4daf2d9e25f048b0ac9b618e0c0804e0.png]

[root@node1 ~] ipvsadm -Ln
    IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
    Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
      -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
    TCP  10.97.97.97:80 rr
      -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0

*  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
 *  这个规则信息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，都可以访问

### 2、kube-proxy的三种工作模式 ###

> 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。 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][21577af0e61549f784774cbaa0caddff.png]

> 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（转发到了podA，podA不可用也不会去试其他pod）。

![在这里插入图片描述][72dc74b959c94fde85f881ac2ba597b1.png]

> 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][66bda0e958a24657ad25afd57a1508b8.png]  
此模式必须安装ipvs内核模块（在第二章搭建集群时已完成），否则会降级为iptables

# 开启ipvs
    [root@k8s-master01 ~] kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
    # 修改mode: "ipvs"

按标签删除kube-proxy的pod：

# 按标签删除kube-proxy的pod，使刚改的配置生效
    [root@k8s-master01 ~] kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system

### 3、Service的类型 ###

Service的资源清单文件：

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，即将客户端的同一个IP的访问转发到同一个podshang .支持ClientIP、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

关于type字段，service有四种类型：

>  *  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`（除了集群里的主从节点机器，其他机器即使网络和集群机器相通也不能访问）
>  *  NodePort：将Service通过集群某节点Node上指定的端口暴露给外部，如此，集群外部的机器就可以访问服务
>  *  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

## 二、Service的使用 ##

### 1、实验数据准备 ###

准备实验数据，结构如下，通过改变Service的类型查看效果：  
![在这里插入图片描述][3d47ef4a4f20488eba21d41197b59bda.png]

利用Deployment创建出3个pod，pod设置app=nginx-pod的标签：

# deployment.yaml
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment      
    metadata:
      name: pc-deployment
      namespace: dev
    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

[root@k8s-master01 ~] kubectl create -f deployment.yaml
    deployment.apps/pc-deployment created

查看pod详情，加 -o wide和 --show-labels

[root@k8s-master01 ~] kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels
    NAME                             READY   STATUS     IP            NODE     LABELS
    pc-deployment-66cb59b984-8p84h   1/1     Running    10.244.1.39   node1    app=nginx-pod
    pc-deployment-66cb59b984-vx8vx   1/1     Running    10.244.2.33   node2    app=nginx-pod
    pc-deployment-66cb59b984-wnncx   1/1     Running    10.244.1.40   node1    app=nginx-pod

此时，通过podIP和容器暴露的端口就可以访问：

curl 10.244.1.39: 80
    # 但现在都返回nginx的主页

为了方便直观看到请求被转发到哪个pod，修改三个pod的nginx的index.html页面：

[root@k8s-master01 ~] kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
    ： echo "10.244.1.39" > /usr/share/nginx/html/index.html
    
    #修改完毕之后，访问测试
    [root@k8s-master01 ~] curl 10.244.1.39：80
    10.244.1.39
    [root@k8s-master01 ~] curl 10.244.2.33：80
    10.244.2.33
    [root@k8s-master01 ~] curl 10.244.1.40：80
    10.244.1.40

### 2、Service类型为ClusterIP ###

创建service-clusterip.yaml文件：

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: service-clusterip
      namespace: dev
    spec:
      selector:
        app: nginx-pod
      clusterIP: 10.97.97.97 # service的ip地址，如果不写，默认会生成一个
      type: ClusterIP
      ports:
      - port: 80  # Service端口，自己指定       
        targetPort: 80 # pod端口，注意和上面要选择的pod保持一致

创建和查看service：

# 创建service
    [root@k8s-master01 ~] kubectl create -f service-clusterip.yaml
    service/service-clusterip created
    
    # 查看service
    [root@k8s-master01 ~] kubectl get svc -n dev -o wide
    NAME                TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
    service-clusterip   ClusterIP   10.97.97.97   <none>        80/TCP    13s   app=nginx-po

查看service的详细信息，在这里有一个Endpoints列表，里面就是当前service可以负载到的服务入口：

[root@k8s-master01 ~] kubectl describe svc service-clusterip -n dev
    Name:              service-clusterip
    Namespace:         dev
    Labels:            <none>
    Annotations:       <none>
    Selector:          app=nginx-pod
    Type:              ClusterIP
    IP:                10.97.97.97
    Port:              <unset>  80/TCP
    TargetPort:        80/TCP
    Endpoints:         10.244.1.39:80,10.244.1.40:80,10.244.2.33:80
    Session Affinity:  None
    Events:            <none>

# 查看ipvs的映射规则
    [root@k8s-master01 ~] ipvsadm -Ln
    TCP  10.97.97.97:80 rr
      -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0
    
    # 访问10.97.97.97:80观察效果
    [root@k8s-master01 ~] curl 10.97.97.97:80
    10.244.2.33

#### 补充：Endpoints ####

*  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][5fe7a48cef1f475ca9b98f0a0ed91217.png]

#### 补充：负载分发策略 ####

对Service的访问最后是转发到后面的pod，目前k8s有两种负载分发策略：

*  不定义默认使用kube-proxy的策略，比如随机、轮询
 *  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。此模式可以使在spec中添加`sessionAffinity:ClientIP`配置

# 查看ipvs的映射规则【rr 轮询】
    [root@k8s-master01 ~] ipvsadm -Ln
    TCP  10.97.97.97:80 rr
      -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0
    
    # 循环访问测试
    [root@k8s-master01 ~] while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done;
    10.244.1.40
    10.244.1.39
    10.244.2.33
    10.244.1.40
    10.244.1.39
    10.244.2.33
    
    # 可以看到访问被轮询到了每个pod上

修改分发策略----service的yaml文件中加一行sessionAffinity:ClientIP

# 查看ipvs规则【persistent 代表持久】10800是有效时间
    [root@k8s-master01 ~] ipvsadm -Ln
    TCP  10.97.97.97:80 rr persistent 10800
      -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
      -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0
    
    # 循环访问测试
    [root@k8s-master01 ~] while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;
    10.244.2.33
    10.244.2.33
    10.244.2.33
    
    # 同一个客户端发起的请求，第一次被转发到了10.244.2.33
    # 那以后有效时间内，该客户端的请求都是转发到10.244.2.33

删除service

[root@k8s-master01 ~] kubectl delete -f service-clusterip.yaml
    service "service-clusterip" deleted

### 3、Service类型为HeadLiness ###

有些开发场景，k8s提供的负载均衡策略不能满足需求，即既不想轮询，也不想随机，而希望自己来控制负载均衡策略。此时就需要HeadLiness（无头类型服务）

> HeadLiness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。

创建service-headliness.yaml，将clusterIP设置为None，即可创建headliness Service

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: service-headliness
      namespace: dev
    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service
    [root@k8s-master01 ~] kubectl create -f service-headliness.yaml
    service/service-headliness created
    
    # 获取service， 发现CLUSTER-IP未分配
    [root@k8s-master01 ~] kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide
    NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
    service-headliness   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    11s   app=nginx-pod

查看service详情，可以看到虽然Cluster-IP为none，但endpoints信息一切照旧正常：

# 查看service详情
    [root@k8s-master01 ~] kubectl describe svc service-headliness  -n dev
    Name:              service-headliness
    Namespace:         dev
    Labels:            <none>
    Annotations:       <none>
    Selector:          app=nginx-pod
    Type:              ClusterIP
    IP:                None
    Port:              <unset>  80/TCP
    TargetPort:        80/TCP
    Endpoints:         10.244.1.39:80,10.244.1.40:80,10.244.2.33:80
    Session Affinity:  None
    Events:            <none>

随便进入其中一个pod，`cat /etc/resolv.conf`查看域名解析情况：

# 查看域名的解析情况
    [root@k8s-master01 ~] kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
    / # cat /etc/resolv.conf
    nameserver 10.96.0.10
    search dev.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
    
    # dig@IP serviceName.namespace.svc.cluster.local
    # .svc.cluster.local这一串默认，创建集群的时候也可自己配置
    [root@k8s-master01 ~] dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local
    service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.40
    service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.1.39
    service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 10.244.2.33

### 3、Service类型为NodePort ###

ClusterIP类型的Service，只能给集群内的机器访问，想将Service暴露给外部机器使用，就得使用NodePort类型的Service。

> 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][25485d620d8b404d9fa73f72b6bf647e.png]  
创建service-nodeport.yaml：

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: service-nodeport
      namespace: dev
    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service
    [root@k8s-master01 ~] kubectl create -f service-nodeport.yaml
    service/service-nodeport created
    
    # 查看service
    [root@k8s-master01 ~] kubectl get svc -n dev -o wide
    NAME               TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)       SELECTOR
    service-nodeport   NodePort   10.105.64.191   <none>        80:30002/TCP  app=nginx-pod

接下来可以通过电脑主机的浏览器（集群外部节点）去访问集群中任意一个nodeip的30002端口，即可转发到10.105.64.191：80，再访问到pod

### 4、Service的类型是LoadBalancer ###

> LoadBalancer类型和NodePort类型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。

![在这里插入图片描述][a682d61b11f841bb8caf8fe438002a27.png]

### 5、Service的类型是ExternalName ###

> 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][45c46a8cafb04906adf09f2b95c8539c.png]

apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: service-externalname
      namespace: dev
    spec:
      type: ExternalName # service类型
      externalName: www.baidu.com  #改成ip地址也可以

# 创建service
    [root@k8s-master01 ~] kubectl  create -f service-externalname.yaml
    service/service-externalname created
    
    # 域名解析
    [root@k8s-master01 ~] dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local
    service-externalname.dev.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      A       39.156.66.18
    www.a.shifen.com.       30      IN      A       39.156.66.14

[5ad88d41bffc4f0bb9a1bc087a0d91d5.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/5ad88d41bffc4f0bb9a1bc087a0d91d5.png
[4daf2d9e25f048b0ac9b618e0c0804e0.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/4daf2d9e25f048b0ac9b618e0c0804e0.png
[21577af0e61549f784774cbaa0caddff.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/21577af0e61549f784774cbaa0caddff.png
[72dc74b959c94fde85f881ac2ba597b1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/72dc74b959c94fde85f881ac2ba597b1.png
[66bda0e958a24657ad25afd57a1508b8.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/66bda0e958a24657ad25afd57a1508b8.png
[3d47ef4a4f20488eba21d41197b59bda.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/3d47ef4a4f20488eba21d41197b59bda.png
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[25485d620d8b404d9fa73f72b6bf647e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/25485d620d8b404d9fa73f72b6bf647e.png
[a682d61b11f841bb8caf8fe438002a27.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a682d61b11f841bb8caf8fe438002a27.png
[45c46a8cafb04906adf09f2b95c8539c.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/45c46a8cafb04906adf09f2b95c8539c.png