一、Service详解

1、Service介绍

在k8s中，pod是应用程序的载体，我们可以通过Pod的ip来访问应用程序，但是Pod的ip地址不是固定的，这也就意味着不方便直接采用pod的ip对服务进行访问。

为解决这个问题，k8s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。

安装service的ipvs内核模块后，需要开启ipvs

kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
#在线编辑，开启ipvs(cm为配置资源的configmaps的缩写)

kubectl delete pod -l k8s-app-kube-proxy -n kube-system
#删除以前的pod，因为它是控制器创建的坡度，它会根据yum文件重建

ipvsadm -Ln
#查看各项规则

1.1 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并和其建立连接，以将请求转发到Pod上。

该模式下，kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色，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。

1.2 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 不承担四层负载均衡器的角色，只负责创建iptables 规则。

该模式的优点是比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。

1.3 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：

apiVersion: v1       #资源版本
kind: Service        #资源类型
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

service的四种类型

• ClusterIP ： 默认值，同时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： 使用外界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： 把集群外部的服务映入集群内部，直接使用

3、Service使用

3.1 实现环境准备

在使用service之前，首先要利用Deployment创建出3个Pod，注意要为Pod设置app=nginx-pod的标签

创建deployment.yaml文件

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment      
metadata:
  name: pc-deployment
  namespace: dev
spec: 
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

下面开始创建pod

kubectl create -f deployment.yaml
#创建pod

kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels
#查看pod详情

###为了方便后面测试，修改三台nginx的index.html的页面

kubectl exec -it 【pod名称】 -n dev /bin/sh
#进入pod中更多容器

echo "10.244.2.240" >> /usr/share/nginx/html/index.html
#修改页面标签

curl 10.244.2.240

3.2 Cluster类型的Service

3.2.1 cluster类型的生成ip

创建service-clusterip.yaml

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           #service类型，不写，默认clusterIP
  ports:
  - port: 80       # Service端口       
    targetPort: 80 # pod端口

下面开始创建service

kubectl create -f service-clusterip.yaml
#创建service

kubectl get svc -n dev -o wide
#查看service

kubectl describe svc service-clusterip -n dev
#查看service的详细信息
//这里面有一个Endpoints列表，里面就是当前service可以负载到的服务入口

ipvsadm -Ln
#查看ipvs的映射

Endpoints讲解

• Endpoint是kubernetes中的一个资源对象，存储在etcd中，用来记录一个service对应的所有的pod的访问记录，它是根据service配置文件中的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口集合。简单来说，service和pod自检的联系是通过Endpoints实现的。

负载分发策略讲解

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lube-proxy的策略，比如随机、轮询
• 基于了护短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被转发到固定的一个pod上。 这个需要在spec属性中设置sessionAffinity:ClientIP 选项，添加亲和性

while true ;do curl 10.105.129.66:80;sleep 2;done
#循环访问service查看页面返回的效果

此时，修改spec的分发策略

kubectl delete -f service-clisterip.yaml
#删除svc

vim service-clusterip.yaml
#在spec下面添加 sessionAffinity: ClientIP（表示会话保持模式）

ipvsadm -Ln
#查看转发策略

while true; curl 10.100.1.174:80;sleep 2; done;

3.2.2 cluster类型不生成ip

在某些场景中，开发人员可能不想使用Serbice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

下面创建service，进行验证

kubectl create -f service-headliness.yaml
#创建service

kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide
#获取service，发现Cluster-ip 未分配

kubectl describe svc service-headliness -n dev
#查看service详情

kubectl exec -it 【pod名称】 -n dev /bin/sh
#进入pod中的容器
cat /etc/resolv.conf
#查看域名解析

dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local
#使用dig访问一下域名服务

3.3 NodePort类型的service

在之前的样例中，创建的Service的匹配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，那么就要使用到另一种类型的Service，称为NodePort类型。

NodePort的工作原理其实就是将Service的断就映射到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

下面创建service，然后进行访问

kubectl get svc service-nodeport -n dev
#查看service的信息

3.4 LoadBalancer类型的Service

LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外暴露一个端口，区别在于LoadBalancer会在集群外部再来做个负载均衡设备。

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。

3.5 ExternelName类型的Service

ExternelName类型的Service用于引入集群外部的服务，它通过externelname属性指定外部一个服务的地址，然后在集群内部访问此service就可以访问到外部服务了。

创建 service-externalname.yaml

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

下面创建service进行访问一下

dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local
#域名解析

4、Ingress详解

4.1 Ingress介绍

早前面介绍到。service对集群之外暴露服务的主要方式有两种：NotPort 和LoadBalancer，但是这两种方式都有一定的缺点。

• NodePort： 会占用很多集群机器的端口，那么当集群服务变多的时候，这个缺点就会越发明显。
• LoadBalancer： 每个serice需要一个LB设备。浪费、麻烦、并且需要k8s之外的设备支持。

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就可满足暴露多个service的需求。

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。

• 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，实现方式有多种，比如nginx、contour、haproxy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k8s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。

4.2 Ingress使用

4.2.1 环境准备，搭建ingress环境

# 创建文件夹
mkdir ingress-controller
cd ingress-controller/

# 获取ingress-nginx，本次案例使用的是0.30版本
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

kubectl apply -f ./
#执行所有yaml文件

# 查看ingress-nginx
kubectl get pod -n ingress-nginx

# 查看service
kubectl get svc -n ingress-nginx

4.2.2 准备service和pod

为了后续实现，创建两组service，一组nginx的pod，一组tomcat的pod，分别通过两个service出来

创建tomcat-nginx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

---

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: tomcat-deployment
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: tomcat-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: tomcat-pod
    spec:
      containers:
      - name: tomcat
        image: tomcat:8.5-jre10-slim
        ports:
        - containerPort: 8080

---

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: None
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

---

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat-service
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: tomcat-pod
  clusterIP: None
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 8080
    targetPort: 8080

kubectl create -f tomcat-nginx.yaml

kubectl get svc -n dev

kubectl get pods -n dev

4.2.3 配置 http代理

配置好ingress资源后，这些信息会被apiserver存储到etcd中。ingress-controller会一直监听etcd中的ingress的变化，感知变化后，它知道当有请求访问时，它就知道往哪个service中转发了。

创建ingress-http.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-http
  namespace: dev
spec:  
  rules:                    #配置ingress规则
  - host: nginx.ydq.com     #访问的域名
    http:                       #设置连接协议
      paths:                    #设置路径和访问的service
      - path: /                 #设置路径
        backend:                #设置后端的service
          serviceName: nginx-service     #设置要访问的service名称
          servicePort: 80                #设置访问的service端口
  - host: tomcat.ydq.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: tomcat-service
          servicePort: 8080

kubectl get create -f ingress-http.yaml
#创建ingress

kubectl get ing ingress-http -n dev
#查看ingerss信息

kubectl describe ing ingress-http -n dev
#查看详细信息

#### 接下来,在本地电脑上配置host文件,解析上面的两个域名到20.0.0.55(master)上

配置好host解析文件，就能进行访问了。通过域名加ingress暴露在外面的端口即可完成访问。

kubectl get svc -n ingress-ngin
#可查看到ingress的保留端口

http://nginx.ydq.com:32762

http://tomcat.ydq.com:32762
#宿主机访问

4.2.4 配置https代理

创建证书

# 生成证书
openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=nginx/CN=itheima.com"

# 创建密钥
kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt

创建ingress-https.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-https
  namespace: dev
spec:
  tls:
    - hosts:
      - nginx.ydq.com
      - tomcat.ydq.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

kubectl create -f ingress-https.yaml
#创建https的ingress

kubectl get ing ingress-https -n dev
#查看ingress的信息

kubectl describe ing ingress-https -n dev
#查看详细信息

最后，也是通过宿主机访问域名，然后再访问ingress暴露的https的端口，进行查看

kubectl get svc -n ingress-nginx
#查看ingress暴露的端口

https://nginx.ydq.com:30765

https://tomcat.ydq.com:30765
#宿主机访问

4.3 ingress总结

ingress主要就是先创建ingress环境，ingress环境就是需要生成含有ingress的pod，以及ingress暴露的端口。最后通过配置ingress类型的service中配置一些ingress的转发规则，将请求转发到指定的service上面，然后用户通过访问ingress的上面定义的域名以及ingress上面暴露的端口进行访问指定service，可以配置http或https进行相应的访问。