Kubernetes Service、Ingress

news2024/9/20 13:45:03

Service（4层负载均衡器）

  • 1、K8S 可以保证任意 Pod 挂掉时自动从任意节点启动一个新的Pod进行代替，以及某个Pod超负载时动态对Pod进行扩容。每当 Pod 发生变化时其 IP地址也会发生变化，且Pod只有在K8S集群内部才可以被访问，为了解决Pod发生变化导致其IP动态变化以及对外无法访问的问题，K8S引进了 Service 的概念

  • 2 K8S 使用 Service 来管理同一组标签下的 Pod ，当外界需要访问 Pod 中的容器时，只需要访问 Service 的这个虚拟 IP 和端口，由 Service 把外界的请求转发给它背后的Pod
    （将用户请求转发到不同Service）

Service暴露服务类型

1、ClusterIP（默认）

  • 自动为当前Service分配虚拟IP，在不重启Service前提下该IP是不会改变的，只能在集群内部访问

2、NodePort

  • 需要在K8S集群的所有 Node 节点上开放特定的端口【30000-32767】，通过（公网ip : 端口）访问Service服务。缺点：每个端口只能挂载一个Service

3、LoadBalancer

  • 和Nodeport相似，目的都是向外暴露一个端口，但 LoadBalancer 模式需要开发者在K8S集群外部的公有云服务器上做一个负载均衡设备（当前主流的阿里云、腾讯云、华为云、微软云等等厂商都有提供相关收费的服务），外部服务发送到公有云服务上的请求都会被负载并转发到K8S集群中LoadBalancer服务上
  • 如果要在私网环境下测试LoadBalancer，必须要创建一个MetalLB， MetalLB相当于一个负载均衡器的角色
  • LoadBalancer原理：外部请求首先被转发到外部LB负载设备，再通过匹配规则转发到k8s集群的任意node节点上，最终通过Service资源找到对应的pod

Service代理模式

service创建成功后会通过api-server向etcd中写入相关配置信息，kube-proxy会监听创建好的配置信息并将最新的service配置信息转化成对应的访问规则，最终实现外网对Pod的访问。常见的service访问规则有：iptables 和 ipvs

1、iptables

kube-proxy 为 service 后端的每个Pod创建对应的iptables规则，当用户访问ClusterIP时，直接将发送到ClusterIP的请求重定向到Pod
缺点：kube-proxy 不承担四层路由转发的角色，只负责创建iptables规则，无法实现LB策略

2、ipvs（性能高于iptables）

kube-proxy 监控Pod的变化并创建相应的ipvs规则，当用户访问ClusterIP时，直接将发送到ClusterIP的请求重定向到Pod
相比于iptables，支持LB策略

3、切换到IPVS模式

  • 查询当前代理模式
kubectl get pod -o wide -n kube-system | grep kube-proxy # 查新kube-proxy有关的pod

在这里插入图片描述

kubectl logs -n kube-system kube-proxy-7bst7

在这里插入图片描述

  • ipvs 安装（K8S集群的所有节点安装）
# yum install -y ipvsadm.x86_64   # Centos
apt install -y ipvsadm # Debian

ipvsadm -Ln # 查看ipvs模式开启状态

在这里插入图片描述

  • 切换Sevice代理模式为ipvs（K8S集群的Master节点修改）
kubectl edit configmap kube-proxy -n kube-system # 编辑configmap将mode改为ipvs

在这里插入图片描述

  • 删除指定Pod
kubectl get pod -o wide -n kube-system | grep kube-proxy

在这里插入图片描述

kubectl delete pod kube-proxy-7bst7 -n kube-system # 删除pod后自动创建新的Pod
kubectl delete pod kube-proxy-9l7qr -n kube-system # 删除pod后自动创建新的Pod
kubectl delete pod kube-proxy-cqht2 -n kube-system # 删除pod后自动创建新的Pod
kubectl delete pod kube-proxy-h8znm -n kube-system # 删除pod后自动创建新的Pod
kubectl delete pod kube-proxy-l4p42 -n kube-system # 删除pod后自动创建新的Pod
kubectl delete pod kube-proxy-xlqtg -n kube-system # 删除pod后自动创建新的Pod

在这里插入图片描述

  • 使用ipvsadm -L -n验证
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

部署Nginx应用并对外访问

1、创建deployment并将其显示为Service

kubectl create deployment [pod控制器名称] --image=[pod中容器镜像名称：nginx] --replicas=[pod副本数量] -n [命名空间名称]
kubectl expose deployment [pod控制器名称] --name=[service名称] --type=NodePort --port=[service端口] --target-port=[容器端口] -n [命名空间名称]
#
# 强制删除Pod
kubectl delete deployment [pod控制器名称] -n [命名空间名称] --force --grace-period=0
kubectl delete pod [pod名称] -n [命名空间名称] --force --grace-period=0
# 
# 强制删除NameSpace
kubectl delete ns [命名空间名称] --force --grace-period=0 

kubectl get deployment,pods,service -n kube-system -o wide
kubectl get deployment,pods,service -n ns-demo -o wide
kubectl describe -n kube-system pod podName
#
kubectl delete ns ns-demo --force --grace-period=0 
kubectl delete deployment deployment-demo -n ns-demo --force --grace-period=0
kubectl delete pod deployment-demo- -n ns-demo --force --grace-period=0
  • 创建 NameSpace
kubectl create ns ns-demo && kubectl get ns
  • 创建 Deployment
kubectl create deployment deployment-demo --image=nginx --replicas=1 -n ns-demo # 级联创建Pod

kubectl get deployment,pods -n ns-demo -o wide # 查看创建的Deployment和Pod信息

在这里插入图片描述

kubectl logs -n ns-demo deployment-demo-8b49bd6b-tsrkd # 查看Pod创建的日志

kubectl describe -n ns-demo pod deployment-demo-8b49bd6b-tsrkd # 查看Pod创建的详细信息
#
# 错误场景：
# Warning FailedCreatePodSandBox kubelet Failed to create pod sandbox: rpc error: code = Unknown desc = failed to setup network for sandbox
# plugin type="calico" failed (add): error getting ClusterInformation: connection is unauthorized: Unauthorized
# 当前用的是“calico”网络插件，该插件是基于iptables来做安全访问策略,如果Sevice代理模式为ipvs则会导致创建容器失败
# 需要删除kube-system命名空间下所有的Pod并自行创建后方可生效
# 成功场景：
# Normal  Scheduled  2m29s  default-scheduler  Successfully assigned ns-demo/deployment-demo-8b49bd6b-rt47b to k8snode5
# Normal  Pulling    2m29s  kubelet            Pulling image "nginx"
# Normal  Pulled     2m9s   kubelet            Successfully pulled image "nginx" in 19.636298273s (19.636334074s including waiting)
# Normal  Created    2m9s   kubelet            Created container nginx
# Normal  Started    2m9s   kubelet            Started container nginx
  • 暴露 Deployment 为 Service 服务（将Service的8080端口转发至容器的80端口）
kubectl expose deployment deployment-demo --name=service-demo --type=NodePort --port=8080 --target-port=80 -n ns-demo
  • 查看创建的资源
kubectl get deployment,pods,service -n ns-demo -o wide

在这里插入图片描述

  • 通过Pod的IP访问nginx
curl 10.244.187.2:80
  • 通过Service的IP访问Nginx
curl 10.252.247.232:8080
  • 公网访问Nginx
http://192.168.111.30:30058 
http://192.168.111.33:30058
http://192.168.111.34:30058
http://192.168.111.35:30058

2、创建Service（yaml配置文件）

  • 编辑 yaml 文件
cd /home/lixing && vi service-demo.yaml # 在线编辑文件

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-demo # Service名称
  namespace: ns-demo # namespace名称
spec: 
  selector: # 标签选择器
    app: deployment-demo # deployment名称
  type: NodePort # Service暴露服务的类型
  ports:
  - protocol: TCP # 通讯协议
    nodePort: 30000 # Node节点端口
    port: 8080 # service端口
    targetPort: 80 # pod端口
  • 通过 yaml 文件创建 Service
kubectl create -f /home/lixing/service-demo.yaml # kubectl delete -f /home/lixing/service-demo.yaml
  • 查看已创建的资源
kubectl get deployment,pods,service -n ns-demo -o wide

在这里插入图片描述

  • 公网访问Nginx
http://192.168.111.30:30000
http://192.168.111.33:30000
http://192.168.111.34:30000
http://192.168.111.35:30000

Ingress（7层负载均衡器）

Ingress（k8s内置的资源对象）

  • Ingress 是 k8s 的资源对象，用于定义请求如何转发到 Service 服务的规则
    在这里插入图片描述

ingress-controller（需要单独安装）

  • ingress-controller 不是 k8s 自带的组件，只是一个统称，可以选择不同的 ingress-controller 实现对 service 的反向代理及负载均衡，常用的 ingress-controller 产品有：F5 Networks、Kong、Traefik、NGINX、HaProxy、Istio

  • ingress-controller 本质是一个 pod，内部运行了 daemon 程序和反向代理程序。daemon程序通过 K8S API 不断监控集群的变化，对 ingress 定义的规则进行解析并刷新配置到反向代理程序
    在这里插入图片描述

ingress 暴露服务方式

1、Deployment + NodePort 的 Service 模式

1、基于 Deployment 部署 ingress-controller 并创建对应的 Service 服务（type为NodePort），将ingress暴露在集群节点ip的特定端口上
2、一般适用于宿主机ip地址相对固定不变的场景，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，NodePort方式暴露 ingress 虽然简单，但多了一层NAT，在请求量级很大时对性能会有一定影响

2、Deployment + LoadBalancer 的 Service 模式

1、基于 Deployment 部署 ingress-controller 并创建对应的 Service 服务（type为 LoadBalancer）
2、此模式需要将 ingress 部署在公有云，大部分公有云都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器，通常还绑定了公网地址，只要把域名解析指向该公网地址就实现了集群服务的对外暴露

3、DaemonSet + HostNetwork + nodeSelector 的 Service 模式

1、基于 DaemonSet 结合 NodeSelector 来部署 ingress-controller 到特定的 node 上，再通过 HostNetwork 把该 pod 与宿主机 node 的网络打通，通过宿主机的80/433端口访问服务
2、该方式相对NodePort模式的性能更好，缺点：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，适合大并发的生产环境使用

部署 httpd 应用并对外访问（HTTP）

  • 创建 Deployment 控制器
kubectl apply -f /home/lixing/demo/deployment-httpd.yaml # kubectl delete -f /home/lixing/demo/deployment-httpd.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  namespace: ns-httpd
  name: deployment-httpd
  labels: # 给Deployment打标签
    app: httpd
spec: 
  selector: # Pod选择器
    matchLabels:
      app: httpd # 对标签为httpd的Pod进行管理
  replicas: 1 # 默认Pod副本数量
  template: 
      metadata:
        labels: 
          app: httpd # 为Pod打标签
      spec:
        #hostNetwork: true
        #nodeSelector: #使用节点选择器将Pod调度到指定label的节点
          #component: pod-demo
        containers:
        - name: httpd
          image: httpd
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports: 
          - name: port-name-httpd 
            protocol: TCP
            containerPort: 80
  • 创建 Service 服务
kubectl apply -f /home/lixing/demo/service-httpd.yaml # kubectl delete -f /home/lixing/demo/service-httpd.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  namespace: ns-httpd
  name: service-httpd
spec: 
  selector: #Deployment选择器
    app: httpd
  #type: NodePort # Service暴露服务的类型
  ports:
  - protocol: TCP # 通讯协议
    #nodePort: 30000 # 集群上所有Node节点端口
    port: 8080 # Service端口
    targetPort: 80 # Pod端口
  • 访问 Pod（直接访问Pod、通过Service访问Pod）
kubectl get deployment,pods,service,ingress -n ns-httpd -o wide

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 修改Master节点的host文件（这里以Master节点为例）
vi /etc/hosts # 编辑Host文件,添加当前节点的ip和自定义域名
192.168.111.30 www.lixing.com
  • 创建 Ingress 规则
kubectl apply -f /home/lixing/demo/ingress-httpd.yaml # kubectl delete -f /home/lixing/demo/ingress-httpd.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  namespace: ns-httpd
  name: ingress-httpd
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
    - host: www.lixing.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: service-httpd # Service名称
                port:
                  number: 8080 # Service端口
  • 通过 Ingress Nginx Controller 访问Pod
    在这里插入图片描述
    注意：ingress-nginx-controller 服务的端口转化信息：80:32163/TCP,443:31590/TCP

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

部署 httpd 应用并对外访问（HTTPS）

创建证书

openssl reg -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 规则

kubectl apply -f /home/lixing/demo/ingress-httpd.yaml # kubectl delete -f /home/lixing/demo/ingress-httpd-https.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  namespace: ns-httpd
  name: ingress-httpd-https
spec:
  ingressClassName: nginx
  tls:
    - hosts:
      - www.lixing.com
      secretName: tls-secret # 指定密钥
  rules:
    - host: www.lixing.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              serviceName: service-httpd # Service名称
              servicePort: 8080 # Service端口

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