【云原生】Kubernetes之Service连接应用程序通常，Docker 使用一种 host-private 的联网

通常，Docker 使用一种 host-private 的联网方式，在此情况下，只有两个容器都在同一个节点（主机）上时，一个容器才可以通过网络连接另一个容器。为了使 Docker 容器可以跨节点通信，必须在宿主节点（主机）的 IP 地址上分配端口，并将该端口接收到的网络请求转发（或代理）到容器中。这意味着，用户必须非常小心地为容器分配宿主节点（主机）的端口号，或者端口号可以自动分配。

在一个集群中，多个开发者之间协调分配端口号是非常困难的。Kubernetes 认为集群中的两个 Pod 应该能够互相通信，无论他们各自在哪个节点上。每一个 Pod 都被分配自己的 “cluster-private-IP” ，因此，您无需在 Pod 间建立连接，或者将容器的端口映射到宿主机的端口。因此：

Pod 中的任意容器可以使用 localhost 直连同 Pod 中另一个容器的端口
集群中的任意 Pod 可以使用另一的 Pod 的 cluster-private-IP 直连对方的端口，（无需 NAT 映射）

在集群中部署 Pod

创建文件 run-my-nginx.yaml，文件内容如下

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: my-nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

执行以下命令，部署 Pod 并检查运行情况：

kubectl apply -f ./run-my-nginx.yaml
kubectl get pods -l run=my-nginx -o wide

输出结果如下：

NAME                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP            NODE
my-nginx-3800858182-jr4a2   1/1       Running   0          13s       10.244.3.4    kubernetes-minion-905m
my-nginx-3800858182-kna2y   1/1       Running   0          13s       10.244.2.5    kubernetes-minion-ljyd

执行命令 kubectl get pods -l run=my-nginx -o yaml | grep podIP，检查 Pod 的 IP 地址，输出结果如下：

 podIP: 10.244.3.4
  podIP: 10.244.2.5

在集群中的任意节点上，您可以执行 curl 10.244.3.4 或 curl 10.244.2.5 获得 nginx 的响应。此时：

容器并没有使用节点上的 80 端口
没有使用 NAT 规则对容器端口进行映射

这意味着，您可以

在同一节点上使用 80 端口运行多个 nginx Pod
在集群的任意节点/Pod 上使用 nginx Pod 的 clusterIP 访问 nginx 的 80 端口

同 Docker 一样，Kubernets 中，仍然可以将 Pod 的端口映射到宿主节点的网络地址上（使用 nodePort），但是使用 Kubernetes 的网络模型时，这类需求已经大大减少了。

创建 Service

上面的步骤中，我们已经创建了 nginx Pod，运行在集群的 IP 地址空间。您可以直接通过 Pod 的地址访问其端口，但是如果某一个 Pod 终止了该怎么办？Pod 因为故障或其他原因终止后，Deployment Controller 将创建一个新的 Pod 以替代该 Pod，但是 IP 地址将发生变化。Kubernetes Service 解决了这样的问题。

Kubernetes Service：

定义了集群中一组 Pod 的逻辑集合，该集合中的 Pod 提供了相同的功能
被创建后，获得一个唯一的 IP 地址（ClusterIP）。直到该 Service 被删除，此地址不会发生改变
Pod 可以直接连接 Service IP 地址上的端口，且发送到该 IP 地址的网络请求被自动负载均衡分发到 Service 所选取的 Pod 集合中

执行命令 kubectl expose deployment/my-nginx 可以为上面的两个 nginx Pod 创建 Service，输出结果如下所示：

service/my-nginx exposed

该命令等价于 kubectl apply -f nginx-svc.yaml，其中 nginx-svc.yaml 文件的内容如下所示：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx
  labels:
    run: my-nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    protocol: TCP
  selector:
    run: my-nginx

该 yaml 文件将创建一个 Service：

该 Service 通过 label selector 选取包含 run: my-nginx 标签的 Pod 作为后端 Pod
该 Service 暴露一个端口 80（spec.ports[*].port）
该 Service 将 80 端口上接收到的网络请求转发到后端 Pod 的 80 （spec.ports[*].targetPort）端口上，支持负载均衡

执行命令 kubectl get svc my-nginx，输出结果如下所示：

NAME       TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
my-nginx   ClusterIP   10.0.162.149   <none>        80/TCP    21s

Service 的后端 Pod 实际上通过 Endpoints 来暴露。Kubernetes 会持续检查 Service 的 label selector spec.selector，并将符合条件的 Pod 更新到与 Service 同名（my-nginx）的 Endpoints 对象。如果 Pod 终止了，该 Pod 将被自动从 Endpoints 中移除，新建的 Pod 将自动被添加到该 Endpoint。

执行命令 kubectl describe svc my-nginx，输出结果如下，请注意 Endpoints 中的 IP 地址与上面获得的 Pod 地址相同：

Name:                my-nginx
Namespace:           default
Labels:              run=my-nginx
Annotations:         <none>
Selector:            run=my-nginx
Type:                ClusterIP
IP:                  10.0.162.149
Port:                <unset> 80/TCP
Endpoints:           10.244.2.5:80,10.244.3.4:80
Session Affinity:    None
Events:              <none>

执行命令 kubectl get ep my-nginx，输出结果如下：

NAME       ENDPOINTS                     AGE
my-nginx   10.244.2.5:80,10.244.3.4:80   1m

此时，您可以在集群的任意节点上执行 curl 10.0.162.149:80，通过 Service 的 ClusterIP:Port 访问 nginx。

保护 Service 的安全

到目前为止，我们只是从集群内部访问了 nginx server。在将该 Service 公布到互联网时，您可能需要确保该通信渠道是安全的。为此，您必须：

准备 https 证书（购买，或者自签名）
将该 nginx 服务配置好，并使用该 https 证书
配置 Secret，以使得其他 Pod 可以使用该证书

您可按照如下步骤配置 nginx 使用自签名证书：

创建密钥对

openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout /d/tmp/nginx.key -out /d/tmp/nginx.crt -subj "/CN=my-nginx/O=my-nginx"

将密钥对转换为 base64 编码

cat /d/tmp/nginx.crt | base64
cat /d/tmp/nginx.key | base64

创建一个如下格式的 nginxsecrets.yaml 文件，使用前面命令输出的 base64 编码替换其中的内容（base64编码内容不能换行）(请使用前面两行命令生成的结果替换 nginx.crt 和 nginx.key 的内容，)

apiVersion: "v1"
kind: "Secret"
metadata:
  name: "nginxsecret"
  namespace: "default"
data:
  nginx.crt: "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"
  nginx.key: "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"

使用该文件创建 Secrets

# 创建 Secrets
kubectl apply -f nginxsecrets.yaml
# 查看 Secrets
kubectl get secrets

输出结果为：

NAME                  TYPE                                  DATA      AGE
default-token-il9rc   kubernetes.io/service-account-token   1         1d
nginxsecret           Opaque                                2         1m

修改 nginx 部署，使 nginx 使用 Secrets 中的 https 证书，修改 Service，使其暴露 80 端口和 443端口。nginx-secure-app.yaml 文件如下所示：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx
  labels:
    run: my-nginx
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    protocol: TCP
    name: http
  - port: 443
    protocol: TCP
    name: https
  selector:
    run: my-nginx
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: my-nginx
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      volumes:
      - name: secret-volume
        secret:
          secretName: nginxsecret
      containers:
      - name: nginxhttps
        image: bprashanth/nginxhttps:1.0
        ports:
        - containerPort: 443
        - containerPort: 80
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/nginx/ssl
          name: secret-volume
   
``

关于 nginx-secure-app.yaml

-   该文件同时包含了 Deployment 和 Service 的定义
-   nginx server 监听 HTTP 80 端口和 HTTPS 443 端口的请求， nginx Service 同时暴露了这两个端口
-   nginx 容器可以通过 `/etc/nginx/ssl` 访问到 https 证书，https 证书存放在 Secrets 中，且必须在 Pod 创建之前配置好。

执行命令使该文件生效：

kubectl delete deployments,svc my-nginx
kubectl create -f ./nginx-secure-app.yaml

此时，您可以从任何节点访问该 nginx server
```
kubectl get pods -o yaml | grep -i podip
    podIP: 10.244.3.5
node $ curl -k https://10.244.3.5
...
<h1>Welcome to nginx!</h1>
```
curl -k
- 在 curl 命令中指定 —k 参数，是因为我们在生成 https 证书时，并不知道 Pod 的 IP 地址，因此，在执行 curl 命令时必须忽略 CName 不匹配的错误。
- 通过创建 Service，我们将 https 证书的 CName 和 Service 的实际 DNS Name 联系起来，因此，我们可以尝试在另一个 Pod 中使用 https 证书的公钥访问 nginx Service。此时，curl 指令不在需要 -k 参数

暴露 Service

在您的应用程序中，可能有一部分功能需要通过 Service 发布到一个外部的 IP 地址上。Kubernetes 支持如下两种方式：

[NodePort]
[LoadBalancer] 此时，如果您的节点有公网地址，则 nginx HTTPS 部署已经可以接受来自于互联网的请求了。

执行命令 kubectl get svc my-nginx -o yaml | grep nodePort -C 5，输出结果如下：

spec:
  clusterIP: 10.0.162.149
  ports:
  - name: http
    nodePort: 31704
    port: 8080
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  - name: https
    nodePort: 32453
    port: 443
    protocol: TCP
    targetPort: 443
  selector:
    run: my-nginx

假设您的某一节点的公网 IP 地址为 23.251.152.56，则您可以使用任意一台可上网的机器执行命令 curl https://23.251.152.56:32453 -k。输出结果为：

<h1>Welcome to nginx!</h1>

Ingress

对于 HTTP、HTTPS 形式的访问推荐使用 Ingress 替代这种用法，参考 [Ingress通过互联网访问您的应用]
对于 TCP、UDP 等形式的访问，您仍然应该使用 Service NodePort