Kubernetes系列五：ServiceKubernetes介绍 Kubernetes资源 Pod Pod控制器 Sv

1 Service介绍

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。

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。

kube-proxy目前支持三种工作模式:

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。

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。

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。

2 Service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，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

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

ClusterIP类型的Service

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           
    targetPort: 80 # pod端口

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：

如果不定义，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

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

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。

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

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。

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

Ingress介绍

在前面课程中已经提到，Service对集群之外暴露服务的主要方式有两种：NotePort和LoadBalancer，但是这两种方式，都有一定的缺点：

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：

实际上，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，它的工作原理类似于Nginx，可以理解成在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。在这里有两个核心概念：

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

Ingress（以Nginx为例）的工作原理如下：

用户编写Ingress规则，说明哪个域名对应kubernetes集群中的哪个Service
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
Ingress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
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

创建ingress-http.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:  
  name: ingress-http  
  namespace: dev
spec:  
  rules:  
  - host: nginx.itheima.com    
    http:      
      paths:      
      - path: /        
        backend:          
          serviceName: nginx-service          
          servicePort: 80  
  - host: tomcat.itheima.com    
    http:      
      paths:      
      - path: /        
        backend:          
          serviceName: tomcat-service          
          servicePort: 8080

创建ingress-https.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:  
  name: ingress-https  
  namespace: dev
spec:  
  tls:    
    - hosts:      
      - nginx.itheima.com      
      - tomcat.itheima.com      
      secretName: tls-secret # 指定秘钥  
  rules:  
  - host: nginx.itheima.com    
    http:      
      paths:      
      - path: /        
        backend:          
          serviceName: nginx-service          
          servicePort: 80  
  - host: tomcat.itheima.com    
    http:      
      paths:      
      - path: /        
        backend:          
          serviceName: tomcat-service          
          servicePort: 8080