Kubernetes(k8s)容器编排Service

比眉伴天荒 2024-03-17 13:57 52阅读 0赞

#### 目录 ####

*  1 Service概述
 *   *  1.1 为什么要有Service
     *  1.2 Service实现原理
 *  2 Service 的类型
 *  3 Service示例
 *   *  3.1 准备工作
     *   *  3.1.1 创建deployment
         *  3.1.2 启动deployment
         *  3.1.3 访问测试
     *  3.2 ClusterlP类型
     *   *  3.2.1 编辑资源清单
         *  3.2.2 应用Service
         *  3.2.3 访问测试
         *  3.2.4 删除Pod
         *  3.2.5 访问测试
     *  3.3 NodePort
     *   *  3.3.1 编辑资源清单
         *  3.3.2 应用Service
         *  3.3.3 访问测试
         *  3.3.4 删除Pod
         *  3.3.5 访问测试
         *  3.3.6 外网访问
 *  4 端口号区分
 *   *  4.1 应用位置不同
     *  4.1 port
     *  4.2 targetport
     *  4.3 nodeport
     *  4.4 小结

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## 1 Service概述 ##

![在这里插入图片描述][2dab564eb8264b59a2f674c7920e6bbb.png]

> 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

![在这里插入图片描述][ca1eee8eb1bb430983d5a6d0263a5e83.png]

Service能够提供负载均衡的能力，但是在使用上有以下限制：

*  **只提供4层负载均衡能力，而没有7层功能，但有时我们可能需要更多的匹配规则来转发请求，这点上4层负载均衡是不支持的**

> Kubernetes Service 从逻辑上代理了一组 Pod，具体是哪些 Pod 则是由 label 来挑选，Service 有自己 IP，而且这个 IP 是不变的。

*  客户端只需要访问 Service 的 IP，Kubernetes 则负责建立和维护 Service 与 Pod 的映射关系。
 *  无论后端 Pod 如何变化，对客户端不会有任何影响，因为 Service 没有变

### 1.1 为什么要有Service ###

> 当Pod宕机后重新生成时，其IP等状态信息可能会变动，Service会根据Pod的Label对这些状态信息进行监控和变更，保证上游服务不受Pod的变动而影响。

Kubernetes Pods 是有生命周期的，他们可以被创建，而且销毁不会再启动， 如果您使用Deployment来运行您的应用程序，则它可以动态创建和销毁 Pod。

一个Kubernetes的`Service`是一种抽象，它定义了一组`Pods`的逻辑集合和一个用于访问它们的策略 - 有的时候被称之为微服务，一个`Service`的目标`Pod`集合通常是由`Label Selector` 来决定的。

如下图所示，当`Nginx Pod`作为客户端访问`Tomcat Pod`中的应用时，`IP`的变动或应用规模的缩减会导致客户端访问错误。而`Pod`规模的扩容又会使得客户端无法有效的使用新增的`Pod`对象，从而影响达成规模扩展之目的。为此，`Kubernetes`特地设计了`Service`资源来解决此类问题。

![在这里插入图片描述][cee5a89ca80f49e894d70e343bb55c43.png]

### 1.2 Service实现原理 ###

`Service`资源基于标签选择器将一组`Pod`定义成一个逻辑组合，并通过自己的`IP`地址和端口调度代理请求至组内的`Pod`对象之上，如下图所示，它向客户端隐藏了真实的、处理用户请求的`Pod`资源，使得客户端的请求看上去就像是由`Service`直接处理并响应一样。

![在这里插入图片描述][a8fc0cb6b1f144808f2ad457eafe4423.png]

`Service`对象的`IP`地址也称为`Cluster IP`，它位于`Kubernetes`集群配置指定专用`IP`地址的范围之内，是一种虚拟`IP`地址，它在`Service`对象创建后既保持不变，并且能够被同一集群中的`Pod`资源所访问。`Service`端口用于接收客户端请求并将其转发至其后端的`Pod`中的相应端口之上，因此，这种代理机构也称为“端口代理”(`port proxy`)或四层代理，工作于`TCP/IP`协议栈的传输层。

`Service`资源会通过`API Server`持续监视着（`watch`）标签选择器匹配到的后端`Pod`对象，并实时跟踪各对象的变动，例如，`IP`地址变动、对象增加或减少等。`Service`并不直接链接至`Pod`对象，它们之间还有一个中间层——`Endpoints`资源对象，它是一个由`IP`地址和端口组成的列表，这些`IP`地址和端口则来自由`Service`的标签选择器匹配到的`Pod`资源。当创建`service`对象时，其关联的`Endpoints`对象会自动创建。

## 2 Service 的类型 ##

> Service 在 K8s 中有以下四种类型

*  **Clusterlp**：默认类型，自动分配一个仅 Cluster 内部可以访问的虚拟 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：NodePort 来访问该服务
 *  **LoadBalancer**：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：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kubernetes 1.7或更高版本的 kube-dns 才支持

## 3 Service示例 ##

### 3.1 准备工作 ###

#### 3.1.1 创建deployment ####

vi nginx-deployment.yml
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: nginx-deployment
    spec:
      replicas: 1 # 只有一个副本
      selector:
        matchLabels:
            app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          volumes:    #定义存储卷
          - name: html # 定义存储名称
            hostPath:  # 定义存储类型
              path: /tmp/k8s/data/volumn1 # 宿主机存储路径
              type: DirectoryOrCreate     # 不存在路径创建路径
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx:1.20
            volumeMounts:    #在容器中定义挂载存储卷的名和路径
            - name: html
              mountPath: /usr/share/nginx/html
            ports:
            - containerPort: 80

#### 3.1.2 启动deployment ####

kubectl apply -f nginx-deployment.yml
    
    kubectl get pods -o wide

![在这里插入图片描述][fb55355072ae4b8ca78e288d2924f975.png]

#### 3.1.3 访问测试 ####

curl 10.244.2.54

![在这里插入图片描述][89eda60ee9364b459c13a540bbfb3e5d.png]

### 3.2 ClusterlP类型 ###

> 类型为ClusterIP的service，这个service有一个Cluster-IP，其实就一个VIP，具体实现原理依靠kubeproxy组件，通过iptables或是ipvs实现。
> 
> **注意：这种类型的service 只能在集群内访问**

![在这里插入图片描述][5ff044b8be6546a4a0cd11b0b972a04c.png]

#### 3.2.1 编辑资源清单 ####

vi cluster-iP-service.yml
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: nginx-service
      namespace: default
      labels:
        app: nginx-service
    spec:
      type: ClusterIP
      ports:
      - port: 8000      # Service 暴漏端口
        targetPort: 80  # 代理的对象的端口
      selector:
        app: nginx # 绑定标签是nginx的对象

#### 3.2.2 应用Service ####

kubectl apply -f cluster-iP-service.yml
    
    kubectl get service -o wide

![在这里插入图片描述][6e894cdfe1de4253a817256c0390d573.png]

#### 3.2.3 访问测试 ####

curl 10.1.206.66:8000

![在这里插入图片描述][e0bbaed4a6f74562a6a2fe42d6eca3d1.png]

#### 3.2.4 删除Pod ####

> 删除pod让Pod的节点漂移再次访问Service节点

kubectl delete pod nginx-deployment-6897679c4b-2hqmk

![在这里插入图片描述][f8b5d7de2a5c448fa655ae694ddf05ea.png]

#### 3.2.5 访问测试 ####

> 我们发现虽然pod的IP以及节点变化了但是`Service`访问IP没有任何变化

curl 10.1.206.66:8000

![在这里插入图片描述][d2052a40c1e2489ebbe18fb666438bd5.png]

### 3.3 NodePort ###

> 当我们需要集群外业务访问，那么ClusterIP就满足不了了，NodePort当然是其中的一种实现方案

![在这里插入图片描述][c322d49b3cc14ab790244d9915f04aac.png]

#### 3.3.1 编辑资源清单 ####

vi node-port-service.yml
    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: nginx-node-port-service
      namespace: default
      labels:
        app: nginx-service
    spec:
      type: NodePort
      ports:
      - port: 8000      # Service 暴漏端口
        targetPort: 80  # 代理的对象的端口
      selector:
        app: nginx # 绑定标签是nginx的对象

#### 3.3.2 应用Service ####

kubectl apply -f node-port-service.yml
    
    kubectl get service -o wide

![在这里插入图片描述][7f7397a1276648c59ca16f512b030ed2.png]

#### 3.3.3 访问测试 ####

curl 10.1.137.200:8000

![在这里插入图片描述][ab5ce42ed5384cebbc243d6e4dee3fe5.png]

#### 3.3.4 删除Pod ####

> 删除pod让Pod的节点漂移再次访问Service节点

kubectl delete pod nginx-deployment-6897679c4b-2hqmk

![在这里插入图片描述][8b78fd1bd4264fa788e3f6629b32e1a0.png]

#### 3.3.5 访问测试 ####

> 我们发现虽然pod的IP以及节点变化了但是`Service`访问IP没有任何变化

curl 10.1.137.200:8000

![在这里插入图片描述][1fbf894a251b4a99950d5ba966f80b0c.png]

#### 3.3.6 外网访问 ####

> NodePort的最主要功能是进行外网访问，我们是不能通过访问`8000`端口访问的，他是内网端口，外网访问需要访问映射出来的端口`8000:31337/TCP`这里映射出来的`nodeport`是`31337`，还可以通过指定`nodePort`来指定端口，要求端口必须大于30000

curl 192.168.64.160:31337

![在这里插入图片描述][0a0a90d490a34fb0b248a3b1cb319db2.png]

> 通过浏览器访问

![在这里插入图片描述][a9d70418a0eb4f7aba9549d76816d2df.png]

## 4 端口号区分 ##

> k8s 中 `port`，`nodePort`，`targetPort`有什么区别呢

### 4.1 应用位置不同 ###

*  port：是service的的端口
 *  targetport：是pod也就是容器的端口
 *  nodeport：是容器所在宿主机的端口（实质上也是通过service暴露给了宿主机，而port却没有）

### 4.1 port ###

> k8s集群内部服务之间访问service的入口，即clusterIP:port是service暴露在clusterIP上的端口

主要作用是集群内其他pod访问本pod的时候，需要的一个port，如nginx的pod访问mysql的pod，那么mysql的pod的service可以如下定义，由此可以这样理解，port是service的port，nginx访问service的33306

apiVersion: v1
     kind: Service
     metadata:
      name: mysql-service
     spec:
      ports:
      - port: 33306
        targetPort: 3306
      selector:
       name: mysql-pod

### 4.2 targetport ###

> 容器的端口（最终的流量端口）。targetPort是pod上的端口，从port和nodePort上来的流量，经过kube-proxy流入到后端pod的targetPort上，最后进入容器。

看上面的targetport，targetport说过是pod暴露出来的port端口，当nginx的一个请求到达service的33306端口时，service就会将此请求根据selector中的name，将请求转发到mysql-pod这个pod的3306端口上

### 4.3 nodeport ###

> nodeport就很好理解了，它是集群外的客户访问，集群内的服务时，所访问的port，比如客户访问下面的集群中的nginx，就是这样的方式，ip:30001

外部流量访问k8s集群中service入口的一种方式（另一种方式是LoadBalancer），即nodeIP:nodePort是提供给外部流量访问k8s集群中service的入口

比如外部用户要访问k8s集群中的一个Web应用，那么我们可以配置对应service的type=NodePort，nodePort=30001。其他用户就可以通过浏览器[http://node:30001][http_node_30001]访问到该web服务。而数据库等服务可能不需要被外界访问，只需被内部服务访问即可，那么我们就不必设置service的NodePort。

apiVersion: v1 
    kind: Service 
    metadata: 
        name: nginx-service 
    spec: 
        type: NodePort # 有配置NodePort，外部流量可访问k8s中的服务 
        ports: 
        - port: 30080 # 服务访问端口 
          targetPort: 80 # 容器端口 
          nodePort: 30001 # NodePort 
        selector: name: nginx-pod

### 4.4 小结 ###

nodeport是集群外流量访问集群内服务的端口类型，比如客户访问nginx，apache，port是集群内的pod互相通信用的端口类型，比如nginx访问mysql，而mysql是不需要让客户访问到的，最后targetport，顾名思义，目标端口，也就是最终端口，也就是pod的端口。

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[a9d70418a0eb4f7aba9549d76816d2df.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/c6ca600534fb41d891155f14571e3d21.png
[http_node_30001]: https://links.jianshu.com/go?to=http%3A%2F%2Fnode%3A30001