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Kubernetes 中 Service 的流量负载均衡模式

1. iptables 模式

工作原理

数据路径

优点

缺点

适用场景

2. IPVS 模式

工作原理

数据路径

优点

缺点

适用场景

两种模式的对比

如何切换模式

启用 IPVS 模式

验证模式

总结

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Kubernetes 中 Service 的流量负载均衡模式

Kubernetes 的 Service 提供了一种抽象，用于将网络流量分发到一组后端 Pod 上，实现流量的负载均衡和高可用。具体来说，Service 的流量负载均衡有两种实现模式：

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1. iptables 模式

工作原理

• 使用 Linux 内核的 Netfilter 框架，通过 iptables 规则实现流量转发。
• 每个 Kubernetes Service 都会对应一组 iptables 规则。
• 当请求到达 Service 的 ClusterIP 或 NodePort 时，iptables 会根据规则将流量转发到后端 Pod。

数据路径

1. 用户请求到达 Kubernetes Service 的 ClusterIP。
2. iptables 根据规则匹配 Service 的 Endpoints。
3. 流量随机转发到某个 Pod。

优点

• 简单可靠：iptables 是 Linux 系统中非常成熟的技术。
• 易于使用：默认配置，开箱即用。
• 无额外依赖：无需安装额外的工具或模块。

缺点

• 性能限制：规则数量多时性能下降（规则逐条匹配）。
• 不支持动态更新：当后端 Pod 状态变化时，重建规则会导致短暂的流量中断。
• 流量监控难度高：不易获取详细的流量分发信息。

适用场景

适合小型集群或对性能要求不高的场景。

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2. IPVS 模式

工作原理

• 基于 Linux 内核的 IP Virtual Server（IPVS）技术实现负载均衡。
• IPVS 使用 Netfilter 框架，通过在内核中构建高效的哈希表实现流量分发。
• 支持多种负载均衡算法，如轮询 (RR)、加权轮询 (WRR)、最少连接 (LC) 等。

数据路径

1. 用户请求到达 Kubernetes Service 的 ClusterIP。
2. IPVS 根据预定义的调度算法选择后端 Pod。
3. 流量直接转发到选定的 Pod。

优点

• 性能高效：基于内核实现，比 iptables 更快。
• 扩展性强：支持更多的负载均衡算法（如源地址散列、目标地址散列等）。
• 动态更新：后端 Pod 状态变化时，可以快速更新规则，避免流量中断。
• 可观测性：使用工具（如 ipvsadm）可以直接查看流量分发信息。

缺点

• 依赖内核模块：需要加载 IPVS 相关内核模块。
• 配置较复杂：需要手动启用和配置。

适用场景

适合大规模集群或对负载均衡性能要求较高的场景。

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两种模式的对比

特性	iptables 模式	IPVS 模式
性能	中等	高效
负载均衡算法	随机	轮询、加权轮询、最少连接等
动态更新	延迟更新，可能中断流量	快速更新，无中断
规则处理	顺序匹配规则	哈希表处理，性能更优
依赖性	无需额外模块	需加载 IPVS 相关模块
监控工具	不支持直接监控	支持 ipvsadm 查看状态
适用场景	小型集群，默认使用	大规模集群，高性能要求

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如何切换模式

启用 IPVS 模式

1. 确保节点支持 IPVS 模块：

   lsmod | grep ip_vs
   

   如果未加载，手动加载：

   modprobe ip_vs
   modprobe ip_vs_rr
   modprobe ip_vs_wrr
   modprobe ip_vs_sh
   

2. 编辑 kube-proxy 配置：

   kubectl -n kube-system edit configmap kube-proxy
   

   设置 proxy-mode 为 ipvs：

   apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
   kind: KubeProxyConfiguration
   mode: "ipvs"
   

3. 重启 kube-proxy：

   kubectl -n kube-system delete pod -l k8s-app=kube-proxy
   

验证模式

检查 kube-proxy 的模式：

kubectl -n kube-system get configmap kube-proxy -o yaml

查看 IPVS 规则：

ipvsadm -Ln

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总结

• iptables 模式 是 Kubernetes 的默认模式，简单易用，适合小规模集群。
• IPVS 模式 性能更高，支持多种负载均衡算法，适合大规模、高并发场景。
• 根据集群规模和性能需求选择合适的模式，同时注意 IPVS 模式需要额外的配置和依赖支持。