【K8S专栏】Kubernetes应用访问管理

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微信公众号:运维开发故事,作者:乔克

在Kubernetes中,如果仅仅是单纯的部署Pod,部署Deployment,并没有任何意义,因为我们最终的目的是要为应用和用户提供服务。

在Kubernetes中,提供了Service和Ingress两种对象来实现应用间访问或外部对集群应用访问,这两种对象在实际的工作中会时长使用,非常重要的对象。

Service

对于kubernetes整个集群来说,Pod的地址也可变的,也就是说如果一个Pod因为某些原因退出了,而由于其设置了副本数replicas大于1,那么该Pod就会在集群的任意节点重新启动,这个重新启动的Pod的IP地址与原IP地址不同,这对于业务来说,就不能根据Pod的IP作为业务调度。kubernetes就引入了Service的概念,它为Pod提供一个入口,主要通过Labels标签来选择后端Pod,这时候不论后端Pod的IP地址如何变更,只要Pod的Labels标签没变,那么 业务通过service调度就不会存在问题。

当声明Service的时候,会自动生成一个cluster IP,这个IP是虚拟IP。我们就可以通过这个IP来访问后端的Pod,当然,如果集群配置了DNS服务,比如现在的CoreDNS,那么也可以通过Service的名字来访问,它会通过DNS自动解析Service的IP地址。

Service的类型有4种,Cluster IP,LoadBalance,NodePort,ExternalName。其中Cluster IP是默认的类型。
(1)、Cluster IP:通过 集群内部IP暴露服务,默认是这个类型,选择该值,这个Service服务只能通过集群内部访问;
(2)、LoadBalance:使用云提供商的负载均衡器,可以向外部暴露服务,选择该值,外部的负载均衡器可以路由到NodePort服务和Cluster IP服务;
(3)、NodePort:顾名思义是Node基本的Port,如果选择该值,这个Service可以通过NodeIP:NodePort访问这个Service服务,NodePort会路由到Cluster IP服务,这个Cluster IP会通过请求自动创建;
(4)、ExternalName:通过返回 CNAME 和它的值,可以将服务映射到 externalName 字段的内容,没有任何类型代理被创建,可以用于访问集群内其他没有Labels的Pod,也可以访问其他NameSpace里的Service。

kubernetes主要通过kube-proxy创建iptables和ipvs规则,在每个Node节点上都会创建这些规则。图片

ClusterIP

ClusterIP是Service默认的类型,只能在集群的内部访问,也是工作中最常用的一个类型,定义如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80

复制代码

其中:

  • type用户指定Service类型

  • ports用户指定Service的端口

  • selector用户选择后端的Pod

如果Service暴露的端口和后端的端口不一致,还可以这样写:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 8080

复制代码

targetPort用于指定后端的Pod,可以直接指定端口,也可以指定后端声明的端口名字,前提是后端必须声明端口名,如下:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.8
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http

复制代码

如上定义好Service并创建过后,会在集群生成对应的Service和Endpoints,如下:

$ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
nginx-svc    ClusterIP   10.103.74.70   <none>        80/TCP     12m
$ kubectl get endpoints
NAME            ENDPOINTS                                            AGE
nginx-svc       172.16.51.208:80,172.16.51.209:80,172.16.51.237:80   12m

复制代码

可以看到,endpoints的名字和service的名字一样,而且我们并没有创建endpoints,是由Kubernetes自己创建的。其背后的逻辑是:当我们新增Pod或者删除Pod,是从Endpoints里添加或者剔除,Service本身是不改变的,在同一个namespace下,Service和Endpoints是通过名字进行关联的。

所以,Endpoints其实也是一个对象,除了由Kubernetes生成还可以自己定义。在实际工作,有些场景是需要自定义Endpoints的,比如在集群外部署了一个Redis服务,集群内部想通过Service的方式进行访问,这时候就可以通过自定义Endpints的方式实现,如下:

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: custom-endpoint-svc
spec:
  ports:
  - port: 30018
    protocol: TCP
    name: http
  type: ClusterIP
---
kind: Endpoints
apiVersion: v1
metadata: 
  name: custom-endpoint-svc
subsets:
- addresses:
  - ip: 192.168.32.8
  ports:
   - port: 8080
     name: http

复制代码

其中,在Endpoints的subsets中用于定义目的地址和端口,需要注意的是:

  • Endpoints和Service的metadata.name须保持一致

  • Service.spec.ports[x].name和Endpoints.subsets[x].ports[x].name须保持一致

NodePort

如果Service的类型是NodePort,表示把Service的端口映射到了Node节点上,这时候就可以通过NodeIP:NodePort进行访问,可以实现在外部对集群内应用进行访问。

NodePort并不是随便选择的,当安装好Kubernetes集群后,会给定一个默认的NodePort范围,它们是从30000到32767端口,如果没有指定特定端口,默认会从这个区间范围内随机选择一个。

一个NodePort类型的Service定义如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: NodePort 
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http

复制代码

除了Type类型不一样,其他的和定义ClusterIP类型的一样。

当创建完成过后,生成的Service如下:

$ kubectl get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
nginx-svc        NodePort    10.103.74.70     <none>        80:32710/TCP   54m

复制代码

NodePort类型的Service,既可以在集群内部通过ClusterIP:Port进行访问,也可以在集群外部通过NodeIP:NodePort进行访问。如上,80:32710中,80是集群内部端口,32710是暴露出来的节点端口。

LoadBalancer

原则上,如果要使用LoadBalancer需要云厂商的支持,因为公网IP这些基本都是云厂商来分配。定义如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: redis
  name: redis-master
spec:
  clusterIP: 10.96.246.58
  externalTrafficPolicy: Local
  healthCheckNodePort: 32006
  ports:
  - name: redis
    nodePort: 30997
    port: 6379
    protocol: TCP
    targetPort: 6379
  selector:
    app: redis
    release: redis
    role: master
  sessionAffinity: None
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 121.189.210.111

复制代码

这样就可以直接通过公网IP和端口(121.189.210.111:6379)进行访问。

但是,为了在内网环境也使用LoadBalancer功能,有很多开源方案,其中OpenELB是一个非常不错的项目,我们下面可以来简单使用一下。

OpenELB

OpenELB 之前叫 PorterLB,是为物理机(Bare-metal)、边缘(Edge)和私有化环境设计的负载均衡器插件,可作为 ?Kubernetes、K3s、KubeSphere 的 LB 插件对集群外暴露 LoadBalancer 类型的服务,现阶段是 CNCF 沙箱项目,核心功能包括:

  • 基于 BGP 与 Layer 2 模式的负载均衡

  • 基于路由器 ECMP 的负载均衡

  • IP 地址池管理

  • 使用 CRD 进行 BGP 配置

(1)安装 要安装OpenELB非常简单,直接使用以下命令即可。

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/openelb/openelb/master/deploy/openelb.yaml

复制代码

值得注意的是,如果本地不能获取k8s.gcr.io镜像(需要翻墙),可以把上面的YAML文件下载下来,根据里面的注释做相应的镜像替换即可。

安装完成过后,会生成如下Pod:

$ kubectl get pod -n openelb-system 
NAME                              READY   STATUS      RESTARTS   AGE
openelb-admission-create-ltfcv    0/1     Completed   0          4m19s
openelb-admission-patch-h485q     0/1     Completed   0          4m19s
openelb-keepalive-vip-7mnl7       1/1     Running     0          3m8s
openelb-manager-98764b5ff-4c58s   1/1     Running     0          4m19s

复制代码

(2)配置 首先,需要为kube-proxy启动strictARP,以便Kubernetes集群中的所有网卡停止响应其他网卡的ARP请求,而由OpenELB来处理ARP请求。

$ kubectl edit configmap kube-proxy -n kube-system
......
ipvs:
  strictARP: true
......

复制代码

然后重启kube-proxy组件,命令如下:

$ kubectl rollout restart daemonset kube-proxy -n kube-system

复制代码

如果安装 OpenELB 的节点有多个网卡,则需要指定 OpenELB 在二层模式下使用的网卡,如果节点只有一个网卡,则可以跳过此步骤,假设安装了 OpenELB 的 master1 节点有两个网卡(eth0 192.168.0.2 和 ens33 192.168.0.111),并且 eth0 192.168.0.2 将用于 OpenELB,那么需要为 master1 节点添加一个 annotation 来指定网卡:

$ kubectl annotate nodes master1 layer2.openelb.kubesphere.io/v1alpha1="192.168.0.2"

复制代码

接下来就可以创建一个EIP对象来充当OpenELB的IP地址池,YAML清单如下:

apiVersion: network.kubesphere.io/v1alpha2
kind: Eip
metadata:
  name: eip-pool
spec:
  address: 192.168.205.50-192.168.205.60
  protocol: layer2
  disable: false
  interface: ens33

复制代码

值得注意的是:

  • address用于配置地址池,如果是在layer2层,则需要和集群的地址保持在同一网段

  • protocol用户指定模式,默认是bgp,我们这里指定的是layer2。

  • interface用于指定网卡,由于这里是layer2,所以需要指定interface。

  • disable表示禁用Eip对象

创建完成过后,可以看看Eip地址池状态:

$ kubectl get eip
NAME       CIDR                            USAGE   TOTAL
eip-pool   192.168.205.50-192.168.205.60   1       11

复制代码

最后,我们创建一个LoadBalancer类型的Service,如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
  annotations:
    lb.kubesphere.io/v1alpha1: openelb
    protocol.openelb.kubesphere.io/v1alpha1: layer2
    eip.openelb.kubesphere.io/v1alpha2: eip-pool
spec:
  type: LoadBalancer 
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http

复制代码

注意这里我们为 Service 添加了几个 annotations 注解:

  • lb.kubesphere.io/v1alpha1: openelb 用来指定该 Service 使用 OpenELB

  • protocol.openelb.kubesphere.io/v1alpha1: layer2  表示指定 OpenELB 用于 Layer2 模式

  • eip.openelb.kubesphere.io/v1alpha2: eip-pool 用来指定了 OpenELB 使用的 Eip 对象,如果未配置此注解,OpenELB 会自动使用与协议匹配的第一个可用 Eip 对象,此外也可以删除此注解并添加 spec:loadBalancerIP 字段(例如 spec:loadBalancerIP: 192.168.0.108)以将特定 IP 地址分配给 Service。

Service创建过后,可以查看其状态是否正确:

$ kubectl get svc
NAME             TYPE           CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP      PORT(S)        AGE
nginx-svc        LoadBalancer   10.103.74.70     192.168.205.50   80:32710/TCP   105m

复制代码

可以看到在EXTERNAL-IP处为我们分配了一个Eip,现在就可以直接使用192.168.205.50:80从外部直接访问集群内的服务了。

ExternalName

ExternalName 是 Service 的特例,它没有 selector,也没有定义任何的端口和 Endpoint。对于运行在集群外部的服务,它通过返回该外部服务的别名这种方式来提供服务。例如:

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
  namespace: prod
spec:
  type: ExternalName
  externalName: my.database.example.com

复制代码

当查询主机 my-service.prod.svc.cluster.local (后面服务发现的时候我们会再深入讲解)时,集群的 DNS 服务将返回一个值为 my.database.example.com 的 CNAME 记录。访问这个服务的工作方式与其它的相同,唯一不同的是重定向发生在 DNS 层,而且不会进行代理或转发。如果后续决定要将数据库迁移到 Kubernetes 集群中,可以启动对应的 Pod,增加合适的 Selector 或 Endpoint,修改 Service 的 type,完全不需要修改调用的代码,这样就完全解耦了。

Headless Service

上面介绍的几种Service的类型,都会生成一个ClusterIP供集群使用,如果在Kubernetes集群中配置了DNS,解析Service Name会得到ClusterIP。但是在一些特殊的场景下,我们希望直接和应用Pod进行通信,比如数据库等有状态应用,为此,社区提供了Headless Service,也就是无头服务。

无头服务,也就是在配置Service的时候将spec.clusterIP的值设置为“None”,如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-headless-service
  labels:
    name: nginx-headless-service
spec:
  clusterIP: None
  selector:
    name: nginx
  ports:
  - port: 8000
    targetPort: 80

复制代码

创建过后,就不会生成ClusterIP,如下:

$ kubectl get svc
NAME                     TYPE           CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP      PORT(S)        AGE     17d
nginx-headless-service   ClusterIP      None             <none>           8000/TCP       3s

复制代码

这种类型的Service主要用在有状态服务,后续在有状态应用管理的时候会感受到具体是如何使用的。

Ingress

上面介绍的Service主要用在集群内部,当然NodePort和LoadBalancer类型也可以用于外部访问,但是它们也有一定的弊端:
(1)如果使用NodePort类型,需要维护好每个应用的端口地址,如果服务太多就不好管理
(2)如果使用LoadBalancer类型,基本是在云上使用,需要的IP比较多,价格也比较昂贵
(3)不论是NodePort还是LoadBalancer,都是工作在四层,对于HTTPS类型的请求无法直接进行SSL校验

因此,社区提供了Ingress对象,为集群提供统一的入口,逻辑如下:图片

其中Ingress代理的并不是Pod的Service,而是Pod,之所以在配置的时候是配置的Service,是为了获取Pod的信息。

Ingress提供七层访问入口,但是Kubernetes的Ingress对象本身没有任何功能,需要借助一些Controller来实现,常用的有:

  • Nginx Ingress Controller

  • Traefik Ingress Controller

  • Kong Ingress Controller

  • APISix Ingress Controller

  • .....

最常用的是nginx ingress controller,这里也会安装nginx ingress controller来进行介绍。

安装Nginx Ingress Controller

安装方式非常简单,可以使用Helm和普通的YAML进行安装,由于我们还没有学习Helm,所以采用YAML清单的方式。

如果网络条件好(可以翻墙),可直接使用以下命令安装:

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

复制代码

如果网络条件不好,可以使用:

$ kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/joker-bai/kubernetes-software-yaml/main/ingress/nginx/ingress-nginx.yaml

复制代码

安装完成过后,资源信息如下:

$ kubectl get all -n ingress-nginx 
NAME                                           READY   STATUS      RESTARTS   AGE
pod/ingress-nginx-admission-create-kj7ch       0/1     Completed   0          8m16s
pod/ingress-nginx-admission-patch-gtncg        0/1     Completed   0          8m16s
pod/ingress-nginx-controller-d5c4c7ffb-6q5gn   1/1     Running     0          8m16s

NAME                                         TYPE           CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP      PORT(S)                      AGE
service/ingress-nginx-controller             LoadBalancer   10.109.208.249   192.168.205.51   80:31306/TCP,443:31079/TCP   8m16s
service/ingress-nginx-controller-admission   ClusterIP      10.103.169.99    <none>           443/TCP                      8m16s

NAME                                       READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/ingress-nginx-controller   1/1     1            1           8m16s

NAME                                                 DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/ingress-nginx-controller-d5c4c7ffb   1         1         1       8m16s

NAME                                       COMPLETIONS   DURATION   AGE
job.batch/ingress-nginx-admission-create   1/1           5s         8m16s
job.batch/ingress-nginx-admission-patch    1/1           6s         8m16s

复制代码

在这里,ingress-nginx对外暴露采用的是LoadBalancer,也就是说把域名解析到192.168.205.51地址上,可以直接通过80端口访问。

暴露第一个服务

上面已经把ingress-nginx controller部署好了,接下来就可以创建一个应用进行暴露。

我们这里通过暴露一个nginx服务,如下:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.8
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
          
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
  labels:
    app: nginx
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: http
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx 
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  rules:
  - host: nginx.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port: 
              number: 80
        pathType: Prefix

复制代码

注意:对于不同版本的Ingress配置可能不一样,在实际中可以通过kubectl explain ingrss来查看具体的配置。

部署完成过后,查看ingress信息如下:

$ kubectl get ingress
NAME    CLASS    HOSTS                    ADDRESS          PORTS   AGE
nginx   <none>   nginx.dev.jokerbai.com   192.168.205.51   80      88s

复制代码

将域名进行解析,则可以访问,如下:

$ curl -x 192.168.205.51:80 http://nginx.dev.jokerbai.com
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width35em;
        margin0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
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Commercial support is available at
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<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

复制代码

进阶使用

上面使用ingress暴露了第一个域名,但是在实际的生成中,可能还有更多复杂的应用,比如:

  • 域名使用SSL证书访问

  • 域名重定向

  • 地址重写

  • 认证访问

  • 黑白名单

  • 域名限速

  • 灰度发布

  • ......

使用SSL证书

在实际工作中,为了安全考虑,更多的是采用HTTPS进行访问,Ingress也支持配置HTTPS。

首先需要域名证书,这里手动创建私有证书进行配置。

$ openssl genrsa -out tls.key 2048
$ openssl req -new -x509  -key tls.key -out tls.crt -subj "/C=CN/ST=Chongqing/L=Chongqing/OU=DevOps/CN=nginx.dev.jokerbai.com"

复制代码

然后将证书保存到secret对象中(在Kubernetes应用配置管理会介绍)。

$ kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt

复制代码

证书创建好了之后,就可以配置ingress了,如下:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx 
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  tls:
  - hosts:
    - nginx.dev.jokerbai.com
    secretName: tls-secret
  rules:
  - host: nginx.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port: 
              number: 80
        pathType: Prefix

复制代码

其中Ingress.spec.tls字段用来配置域名证书。

接下来就可以通过HTTPS进行访问。图片

PS:由于是自定义的证书,是无效的,所以访问的时候会报错,在实际工作中是会购买专用证书。

域名重定向

有时候需要把域名请求重定向到另外的域名,在nginx中,我们可以配置redirect,在ingress中,也可以使用redirect,不过是配置在annotation中,如下:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-redirect
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/permanent-redirect: "https://www.baidu.com"
spec:
  rules:
  - host: nginx-redirect.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
        pathType: Prefix

复制代码

访问的时候可以看到301重定向,如下:

$ curl -I -x 192.168.205.51:80 http://nginx-redirect.dev.jokerbai.com
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Date: Fri, 22 Jul 2022 05:50:59 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 162
Connection: keep-alive
Location: https://www.baidu.com

复制代码

其实现方式是在ingress配置的annotation中添加声明配置:nginx.ingress.kubernetes.io/permanent-redirect: "?www.baidu.com" 即可。

地址重写

地址重写在ingress中通过在annotation中添加nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: "/$1"这种类型的配置即可。

通过地址重写,我们可以实现诸如访问a.com/foo 重写到a.com,访问a.com/foo重写到a.com/foo/bar,需要注意的是重写后的地址需要是能真实访问到资源的地址,不然重写也没什么意义。

实例如下:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-rewrite
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: "/$1"
spec:
  rules:
  - host: nginx-rewrite.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /foo/?(.*)
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
        pathType: Prefix

复制代码

然后通过在访问URL中带/foo即可访问到Nginx服务,如下:

$ curl  -x 192.168.205.51:80 http://nginx-rewrite.dev.jokerbai.com/foo
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width35em;
        margin0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
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</body>
</html>

复制代码

认证访问

有时候,我们暴露出来的域名不想被其他人使用(可能有人会说:那你不暴露出来不就完事了),比如说prometheus的后台,默认是没有登录管理的,而运维是需要到后台去查询监控信息的,为了安全,我们需要给这类域名加上认证,以便在一定程度上降低风险。

ingress提供base auth的认证方式,我们可以通过这种方式为我们的域名提供认证。

(1)创建密码

$ htpasswd -c auth joker
New password: 
Re-type new password: 
Adding password for user joker

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(2)将密码保存到secret中

$ kubectl create secret generic basic-auth --from-file=auth
secret/basic-auth created

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(3)在Ingress中配置认证 只需要在ingress配置中添加两个annotation即可完成。

  • nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic  指明认证方式

  • nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth  指定认证的账号密码

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-auth
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth
spec:
  rules:
  - host: nginx-auth.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
        pathType: Prefix

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然后不带认证信息访问,结果如下:

$ curl  -x 192.168.205.51:80 http://nginx-auth.dev.jokerbai.com/foo
<html>
<head><title>401 Authorization Required</title></head>
<body>
<center><h1>401 Authorization Required</h1></center>
<hr><center>nginx</center>
</body>
</html>

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直接返回401,需要认证才能访问。

下面带上认证信息访问,结果如下:

$ curl -u "joker:123"  -x 192.168.205.51:80 http://nginx-auth.dev.jokerbai.com/
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
        width35em;
        margin0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

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如果是从浏览器访问,会给我们弹出一个输入框,输入账号密码即可进入应用。

黑白名单

有时候,光有认证访问也并不安全,这时候我们可以通过配置黑白名单的方式,把访问的范围降低,在nginx中,我们可以通过配置allow和deny来配置,在ingress中,也支持类似的配置。

配置白名单

在ingress里配置白名单可以通过两种方式实现:

  • 添加annotation,这种是只针对单个域名

  • 在ingress-nginx的configmap中配置,全局有效

(1)通过annotation配置,如下:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-whitelist
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/whitelist-source-range: 10.1.10.2
spec:
  rules:
  - host: nginx-whitelist.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
        pathType: Prefix

复制代码

配置了一个不存在的地址10.1.10.2,查看访问效果。

$ curl -I -x 192.168.205.51:80 http://nginx-whitelist.dev.jokerbai.com
HTTP/1.1 403 Forbidden
Date: Fri, 22 Jul 2022 06:57:45 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 146
Connection: keep-alive

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给我们返回403拒绝访问。

如果我们把地址配置成可以访问的IP,则可以访问。

(2)配置ConfigMap 部署好ingress-nginx后,会在ingress-nginx的namespace下生成叫“ingress-nginx-controller”的ConfigMap配置文件,我们只需要在这个配置文件进行配置即可。

$ kubectl edit cm -n ingress-nginx ingress-nginx-controller
apiVersion: v1
data:
  allow-snippet-annotations: "true"
  compute-full-forwarded-for: "true"
  use-forwarded-headers: "true"
  whitelist-source-range: 172.16.0.0/24
kind: ConfigMap
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/component: controller
    app.kubernetes.io/instance: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/version: 1.3.0
  name: ingress-nginx-controller
  namespace: ingress-nginx

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配置完保存即可,ingress-nginx的pod会自动reload。不过这种配置是全局生效,在使用的时候慎重。

配置黑名单

有白名单就有黑名单,ingress的黑名单配置只能通过ConfigMap来,而且是全局生效的。

目前支持以下三种黑名单:

  • block-cidrs:限制IP

  • block-user-agents:限制User-Agent

  • block-referers:限制referer

配置很简单,如下:

$ kubectl edit cm -n ingress-nginx ingress-nginx-controller
apiVersion: v1
data:
  allow-snippet-annotations: "true"
  compute-full-forwarded-for: "true"
  use-forwarded-headers: "true"
  whitelist-source-range: 172.16.0.0/24
  block-cidrs: 10.1.10.100
kind: ConfigMap
metadata:
  labels:
    app.kubernetes.io/component: controller
    app.kubernetes.io/instance: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/version: 1.3.0
  name: ingress-nginx-controller
  namespace: ingress-nginx

复制代码

访问限速

有时候访问量太大,可以通过在ingress进行限速,配置如下:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-limit
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rate: "100K"
    nginx.ingress.kubernetes.io/limit-whitelist: "10.1.10.100"
    nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rps: "1"
    nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rpm: "30"
spec:
  rules:
  - host: nginx-limit.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80
        pathType: Prefix

复制代码

其中:

  • nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rate:限制客户端每秒传输的字节数

  • nginx.ingress.kubernetes.io/limit-whitelist:白名单中的IP不限速

  • nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rps:单个IP每秒的连接数

  • nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rpm:单个IP每分钟的连接数

灰度发布

?Nginx Annotations 支持以下 4 种 Canary 规则:

  • nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header:基于 Request Header 的流量切分,适用于灰度发布以及 A/B 测试。当 Request Header 设置为 always时,请求将会被一直发送到 Canary 版本;当 Request Header 设置为 never时,请求不会被发送到 Canary 入口;对于任何其他 Header 值,将忽略 Header,并通过优先级将请求与其他金丝雀规则进行优先级的比较。

  • nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-header-value:要匹配的 Request Header 的值,用于通知 Ingress 将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务。当 Request Header 设置为此值时,它将被路由到 Canary 入口。该规则允许用户自定义 Request Header 的值,必须与上一个 annotation (即:canary-by-header)一起使用。

  • nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight:基于服务权重的流量切分,适用于蓝绿部署,权重范围 0 - 100 按百分比将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务。权重为 0 意味着该金丝雀规则不会向 Canary 入口的服务发送任何请求。权重为 100 意味着所有请求都将被发送到 Canary 入口。

  • nginx.ingress.kubernetes.io/canary-by-cookie:基于 Cookie 的流量切分,适用于灰度发布与 A/B 测试。用于通知 Ingress 将请求路由到 Canary Ingress 中指定的服务的cookie。当 cookie 值设置为 always时,它将被路由到 Canary 入口;当 cookie 值设置为 never时,请求不会被发送到 Canary 入口;对于任何其他值,将忽略 cookie 并将请求与其他金丝雀规则进行优先级的比较。

定义两个版本的代码。V1版本代码如下:

package main

import (
 "github.com/gin-gonic/gin"
 "net/http"
)

func main(){
 g:=gin.Default()
 g.GET("/"func(c *gin.Context) {
  c.JSON(http.StatusOK,gin.H{
   "version""v1",
   "data""hello world",
  })

  })
 _ = g.Run("8080")
}

复制代码

V2版本代码如下:

package main

import (
 "github.com/gin-gonic/gin"
 "net/http"
)

func main(){
 g:=gin.Default()
 g.GET("/"func(c *gin.Context) {
  c.JSON(http.StatusOK,gin.H{
   "version""v2",
   "data""hello world,SB",
  })

  })
 _ = g.Run("8080")
}

复制代码

然后制作镜像,Dockerfile如下:

FROM golang AS build-env
ADD . /go/src/app
WORKDIR /go/src/app
RUN go get -u -v github.com/gin-gonic/gin
RUN govendor sync
RUN GOOS=linux GOARCH=386 go build -v -o /go/src/app/app-server-v1

FROM alpine
RUN ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai  /etc/localtime
COPY --from=build-env /go/src/app/app-server-v1 /usr/local/bin/app-server-v1
EXPOSE 8080
CMD [ "/usr/local/bin/app-server-v1" ]

复制代码

制作镜像并上传:

$ docker build -t registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/rookieops/go-test:v1 .
$ docker push registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/rookieops/go-test:v1

复制代码

PS:V2版本操作类似

V1和V2版本的Deployment和Service如下:

apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment
metadata:
  name: app-server-v1
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: app-server-v1
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: app-server-v1
    spec:
      containers:
      - name: app-server-v1
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/rookieops/go-test:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: app-server-v1-svc
spec:
  selector:
    app: app-server-v1
  ports:
  - name: http
    port: 8080
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: app-server-v1
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  rules:
  - host: canary.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: app-server-v1-svc
            port:
              number: 8080
        pathType: Prefix
---
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment
metadata:
  name: app-server-v2
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: app-server-v2
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: app-server-v2
    spec:
      containers:
      - name: app-server-v2
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/rookieops/go-test:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: app-server-v2-svc
spec:
  selector:
    app: app-server-v2
  ports:
  - name: http
    port: 8080
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: app-server-v2
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "10"
spec:
  rules:
  - host: canary.dev.jokerbai.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          service:
            name: app-server-v2-svc
            port:
              number: 8080
        pathType: Prefix

复制代码

说明:

  • nginx.ingress.kubernetes.io/canary: true 表示开启canary

  • nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: 10 表示权重为10,也就是v1:v2大致为9:1

在实际使用中,也是可以通过部署不同版本的Deployment来实现灰度发布。

总结

目前集群内应用的访问主要是通过Service和Ingress两种方式,其中Service是四层,Ingress是七层,在企业应用中,除了一些必须使用四层的应用,比如MySQL、Redis,其他的基本都采用Ingress进行访问。

Ingress的选型非常多,可以根据企业的实际情况(比如技术栈、熟悉程度、规模大小)进行选择,而Service主要还是在集群内部使用。


我是 乔克,《运维开发故事》公众号团队中的一员,一线运维农民工,云原生实践者,这里不仅有硬核的技术干货,还有我们对技术的思考和感悟,欢迎关注我们的公众号,期待和你一起成长!

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