【K8S 云原生】K8S的对外服务

一、K8S的Service

1、Service的作用

2、Service类型：

二、ingress

1、ingress的组成：

2、ingress资源的定义项：

3、ingress暴露服务端的方式

3.1、Deployment+LoadBalancer模式：

1、工作流程图：

3.2、Daemonset+hostnetwork+nodeSelector模式：

1、工作流程图

2、实验：

3.3、deployment+NodePort

1、实验：

4、通过虚拟主机的方式实现http代理

三、总结：

一、K8S的Service

1、Service的作用

Service的作用体现在两个方面：

1、集群内部：不断跟踪pod的变化，更新endpoints中的pod对象，基于pod的IP地址不断变化的一种服务发现机制

2、集群外部：类似负载均衡器，可以把流量IP+端口，不涉及转发url（http、https），把请求转发到pod中

2、Service类型：

NodePort：容器端口—Service端口—NodePort映射。设定了NodePort之后每个节点都会有一个端口被打开30000-32767

LoadBalancer：云平台上的Service服务。由云平台提供负载均衡的IP地址

ExternalName：域名映射

ingress：基于域名进行映射，转发的是url请求（http、https）转发到Service，再由Service转发到每一个pod

ingress只需要一个或者是少量的公网IP或者LB，可以把多个http请求暴露到外网

他是七层反向代理

可以将ingress理解为，Service的Service。是一组基于域名和url路径把请求转发到一个或者多个请求转发到Service的规则

ingress先七层转发转发都Service，Service再四层转发转发到pod

二、ingress

1、ingress的组成：

ingress是一个api对象，通过yaml文件来进行配置。ingress作用就是定义请求如何转发到Service的规则

ingress通过http和https暴露集群内部的Service，给Service提供一个外部的url、负载均衡、ssl/tls（https）的能力，实现一个基于域名的负载均衡

ingress-controller：由这个组件来具体的实现反向代理和负载均衡的程序，以及对ingress定义的规则进行解析，根据ingress的配置的规则进行请求的转发。

但是这个ingress-controller不是K8S自带的组件功能，ingress-controller是一个统称（一系列工具）

比如nginx ingress-controller、traefik都是ingress-controller，开源的软件

ingress-controller是pod的方式运行在节点上

2、ingress资源的定义项：

定义外部流量的路由规则
定义的服务暴露的方式、主机名、访问的路径和其他的一些选项
负载均衡（ingress-controller实现）

3、ingress暴露服务端的方式

3.1、Deployment+LoadBalancer模式：

ingress部署在公有云。ingress配置文件中会有type。type：LoadBalancer。公有云平台会为这个LoadBalancer的Service自动创建一个负载均衡器。绑定公网地址

通过域名指向公网地址，实现集群对外暴露

1、工作流程图：

3.2、Daemonset+hostnetwork+nodeSelector模式：

Daemonset：在每个节点都会创建一个pod

hostnetwork：共享节点主机的网络命名空间。容器内直接使用节点主机的IP+端口。pod上的容器可以直接访问主机上的网络资源

nodeSelector：根据标签选择部署的节点。选择nginx-ingress-controller部署的节点

缺点：直接利用节点主机的网络和端口资源，一个node只能部署一个ingress-controller的pod

适用场景：大并发场景的生产环境。性能是最好的

1、工作流程图

Service和endpoints来发现节点

最终转发是由ingress-controller来转发请求（http）和负载均衡

用DaemonSet结合nodeselector来部署ingress-controller到特定的node上，然后使用HostNetwork直接把该pod与宿主机node的网络打通，直接使用宿主机的80/433端口就能访问服务。这时，ingress-controller所在的node机器就很类似传统架构的边缘节点，比如机房入口的nginx服务器。该方式整个请求链路最简单，性能相对NodePort模式更好。

缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口，一个node只能部署一个ingress-controller pod。比较适合大并发的生产环境使用。

2、实验：

#mandatory.yaml文件中包含了很多资源的创建，包括namespace、ConfigMap、role，ServiceAccount等等所有部署ingress-controller需要的资源。

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml


上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml

DaemonSet+HostNetwork具体的部署过程

下载安装ingress-controller pod及相关资源

每个节点上，上传ingress-contro控制器

解压安装
tar -xf ingree.contro-0.30.0.tar.gz
docker load -i ingree.contro-0.30.0.tar



#节点打标签，用于选择节点部署ingress-controller
kubectl label nodes node02 ingress=true

192-215行修改配置文件

启动 nginx-ingress-controller，并检查该pod的运行状况

kubectl apply -f mandatory.yaml

#nginx-ingress-controller 已经运行 node02 节点
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide

kubectl get cm,daemonset -n ingress-nginx -o wide

#到 node02 节点查看
netstat -lntp | grep nginx

由于配置了 hostnetwork，nginx 已经在 node 主机本地监听 80/443/8181 端口。其中 8181 是 nginx-controller 默认配置的一个 default backend（Ingress 资源没有匹配的 rule 对象时，流量就会被导向这个 default backend）。

这样，只要访问 node 主机有公网 IP，就可以直接映射域名来对外网暴露服务了。如果要 nginx 高可用的话，可以在多个 node

上部署，并在前面再搭建一套 LVS+keepalived 做负载均衡。

创建 ingress 规则

创建一个业务pod和svc资源和ingress规则：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  storageClassName: nfs-client-storageclass
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-app
  labels:
    app: nginx1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.22
          volumeMounts:
          - name: nfs-pvc
            mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
      - name: nfs-pvc
        persistentVolumeClaim:
          claimName: nfs-pvc

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-app-svc
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx1

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  rules:
  - host: www.test1.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-app-svc
            port:
              number: 80

#选择一台客户机，直接添加node02的节点的IP与pod的域名进行映射
vim /etc/hosts
20.0.0.63 www.test1.com
 
访问curl www.test1.com

3.3、deployment+NodePort

同样用deployment模式部署ingress-controller，并创建对应的service，但是type为NodePort。这样，ingress就会暴露在集群节点ip的特定端口上。由于nodeport暴露的端口是随机端口，一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境ip地址不变的场景

NodePort方式暴露ingress虽然简单方便，但是NodePort多了一层NAT，在请求量级很大时可能对性能会有一定影响

1、实验：

如果做了上一个操作，就将所有的yaml文件通过delete进行清除。继续下面的操作

下载相关的ingress和service-nodeport模板
mkdir /opt/ingress/test
cd /opt/ingress/test
#官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
 
#国内 gitee 资源地址：
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
 
#在所有 node 节点上传镜像包 ingress-controller-0.30.0.tar 到 /opt/ingress-nodeport 目录，并加载镜像
docker load -i ingress-controller-0.30.0.tar

直接启动官方模板即可使用

#若是新的mandatory.yaml文件，直接启动即可，若是用上个实验的，要还原到最初始
kubectl apply -f mandatory.yaml

还原脚本如下：

在所有节点上部署ingress-controller

#启用Service-nodeport
kubectl apply -f service-nodeport.yaml

#//如果K8S Pod 调度失败，在 kubectl describe pod资源时显示：
Warning  FailedScheduling  18s (x2 over 18s)  default-scheduler  0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match node selector

解决方案：
1. 给需要调度的node加上对应标签
# 相对上面这个Yaml文件的例子
kubectl label nodes node_name kubernetes.io/os=linux
2. 删除Yaml文件中的nodeSelector，如果对节点没有要求的话，直接删除节点选择器即可

进行Ingress Http代理访问的操作演示

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: nfs-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteMany
  storageClassName: nfs-client-storageclass
  resources:
    requests:
      storage: 2Gi

---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-app
  labels:
    app: nginx1
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx1
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.22
          volumeMounts:
          - name: nfs-pvc
            mountPath: /usr/share/nginx/html
      volumes:
      - name: nfs-pvc
        persistentVolumeClaim:
          claimName: nfs-pvc

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-app-svc
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx1

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  rules:
  - host: www.test1.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-app-svc
            port:
              number: 80

访问IP+NodePort端口

工作流程：

每个节点都是从controller----接收到解析后的请求IP+端口----ingress-----Service----pod

总结：

nginx-ingress-controller

host—>ingresss的配置找到pod—>controller—>请求发到pod

nodeport--->controller--->ingress--->service--->pod

NodePort暴露端口的方式最简单的方法，NodePort多了一层nat（地址转换）

并发量大的对性能会有一定影响，内部都会用nodePort

4、通过虚拟主机的方式实现http代理

通过ingress的方式实现：一个ingress可以访问不同的主机

我们知道nginx和apache能够设置三种虚拟主机，分别为：基于IP，基于域名，基于端口。同样ingress-nginx这里也可以设置出这三种虚拟主机。下面将以最常用的基于域名的虚拟主机为例子，进行操作演示

先创建两个pod和Service

虚拟主机1：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment1
  labels:
    test: nginx1
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      test: nginx1
  template:
    metadata:
      labels:
        test: nginx1
    spec:
      containers:
        - name: nginx1
          image: nginx:1.22
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-1
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    test: nginx1

虚拟主机2将上面标签全部替换

再创建ingress资源

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress1
spec:
  rules:
    - host: www1.test.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: svc-1
              port:
                number: 80

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress2
spec:
  rules:
    - host: www2.test.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: svc-2
              port:
                number: 80

映射域名：
vim /etc/hosts

#这里任意填写一个node节点的IP即可
20.0.0.62 www.test.com www.abc.com

然后就可以基于域名+NodePort端口进行访问了

三、总结：

ingress两个重要的组件：

ingress--nginx-ingress-controller

traefik

都是开源的ingress-controller

三种工作方式：

1、deployment+LoadBalancer，需要云平台提供一个负载均衡的公网地址，公有云上做

2、Daemonset+hostnetwork+nodeSelector，指定节点部署controller，缺点就是和宿主机共享网络，只能是一个controller的pod

hostnetwork这个配置回合宿主机共享网络资源

3、deployment+NodePort，最常见，最常用，也是最简单的方式。他是集中一个NodePort端口，所有的ingress的请求都会转发到NodePort，然后由Service把流量转发到pod

一个ingress的NodePort可以实现访问多个虚拟主机（域名），和nginx是一样的