Kubernetes中Service的种类

Yuan_sr

Service的概念

Kubernetes Service定义了这样一种抽象:一个Pod的逻辑分组,一种可以访问它们的策略--通常称为微服务,这一组Pod能够被Service访问到,通常是通过Label Selector

Service能够提供负载均衡能力,但是在使用上有以下限制:

  • 只提供4层负载能力,而没有7层功能,但是有时我们可能需要更多的匹配规则来转发请求,这点来说4层负载均衡时不支持的

Service的类型

Service的四种类型:

  • ClusterIP:默认类型,自动分配一个仅Cluster内部可访问的虚拟IP
  • NodePort:在ClusterIP基础上为Service在每台机器上绑定一个端口,这样就可以通过<NodeIP>:<NodePort>来访问该服务
  • LoadBalance:在NodePort的基础上,借助cloud provider创建一个外部负载均衡器,并将请求转发到<NodeIP>:<NodePort>
  • ExternalName:把集群外部的服务引入到集群内部来,在集群内部直接使用,没有任何类型代理被创建,这只有Kubernetes1.7以上版本的kube-dns才支持

VIP和Service代理

在Kubernetes集群中,每个Node节点运行一个kube-proxy进程,kube-proxy负责Service实现一种虚拟IP的形式,而不是ExternalName的形式,在Kubernetesv1.0版本,代理完全在userspace,在Kubernetes v1.1版本,新增了iptables代理,但并不是默认的运行模式。从Kubernetes v1.2版本开始,默认就是iptables代理,在Kubernetes v1.8.0-beta.0中,添加了ipvs代理,在Kubernetes v1.14版本开始默认使用ipvs代理

在Kubernetesv1.0版本Service是4层(TCP/UDP over IP)概念,在Kubernetes v1.1版本新增了Ingress API(beta版),用来表示7层(HTTP)服务

ipvs代理模式

这种模式,kube-proxy会监视Kubernetes Service对象和Endpoints,调用netlink接口以相对应地创建ipvs规则并定期与Kubernetes Service对象和Endpoint对象同步ipvs,以确保ipvs状态与期望一致,访问服务时,流量被重定向到其中一个后端Pod,与iptables类似,ipvs与netfilter的hook功能,但使用哈希表作为底层数据结构并在内核空间中工作,这意味着可以更快地重定向流量,并且在同步代理规则时具有更好的性能,此外,ipvs为负载均衡算法提供更多选项,例如:

  • rr:轮训调度
  • lc:最小连接数
  • dn:目标哈希
  • sh:源哈希
  • sed:最短期望延迟
  • nq:不排队调度

ClusterIP

ClusterIP主要在每个Node节点使用iptables/ipvs将发向ClusterIP对应端口的数据,转发到kube-proxy中,然后kube-proxy自己内部实现有负载均衡的方法,并可以查询到这个service下对应Pod的地址和端口,进而把数据转发给对应的Pod的地址和端口

为例实现该流程,主要需要以下几个组件的协同工作:

  • APIServer用户通过kubectl命令向APIServer发送创建service的命令,APIServer接收到请求后将数据存储到etcd中
  • kube-proxy Kubernetes的每个节点都有一个叫做kube-proxy的进程,这个进程负责感知service,pod的变化,并将变化信息写入本地的iptables/ipvs规则中
  • iptables/ipvs使用NAT等技术将VIP的流量转至endpoint中

创建Deployment信息

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deploy
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
      release: stabel
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
        release: stabel
        env: test
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: myapp:v1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

创建Service信息

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp  #标签选择器
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

查询命令

ipvsadm -Ln

Headless Service

有时不需要或不想要负载均衡,以及单独的Service IP,遇到这种情况,可以通过指定ClusterIP的值为None来创建Headless Service,这类Service并不会分配ClusterIP,kube-proxy不会处理它们,并且平台也不会为它们进行负载均衡和路由

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-headless
  namespace: default
spec:
  selector:
    app: myapp
  ClusterIP: "None"
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80

NodePort

NodePort的原理在于在node上开了一个端口,将向该端口的流量导入到kube-proxy,然后有kube-proxy进一步给对应的Pod

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp
  namespace: default
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: myapp  #标签选择器
    release: stabel
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

查询命令

ipvsadm -Ln

LoadBalancer

LoadBalancer和NodePode其实是同一种方式,区别在于loadBalancer比NodePort多了一步,就是可以调用cloud provider去创建LB来向节点导流(收费,laas:负载均衡即服务)

ExternalName

这种类型的Service通过返回CNAME和它的值,可以将服务映射到ExternalName字段的内容,ExternalName Service是Service的特例,它没有selector,也没有定义任何的端口和endpoint,相反的,对于运行在集群外部的服务,它通过返回该外部服务的别名这种方式来提供服务

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: www.example.com

当查询主机my-service.default.svc.cluster.local时,集群的DSN服务将返回一个值my.database.example.com的CNAM记录,访问这个服务的工作方式和其他的相同,唯一不同的是重定向发生在DNS层,而且不会进行代理或转发

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