11、Kubernetes 的 Service 服務

Service 的概念

Kubernetes Service定義了這樣一種抽象：一個Pod的邏輯分組，一種可以訪問它們的策略 —— 通常稱爲微服務。這一組Pod能夠被Service訪問到，通常是通過Label Selector

Service能夠提供負載均衡的能力，但是在使用上有以下限制：

• 只提供 4 層負載均衡能力，而沒有 7 層功能，但有時我們可能需要更多的匹配規則來轉發請求，這點上 4 層負載均衡是不支持的

Service 的類型

Service 在 K8s 中有以下四種類型

• ClusterIp：默認類型，自動分配一個僅 Cluster 內部可以訪問的虛擬 IP
• NodePort：在 ClusterIP 基礎上爲 Service 在每臺機器上綁定一個端口，這樣就可以通過: NodePort 來訪問該服務
• LoadBalancer：在 NodePort 的基礎上，藉助 cloud provider 創建一個外部負載均衡器，並將請求轉發到: NodePort
• ExternalName：把集羣外部的服務引入到集羣內部來，在集羣內部直接使用。沒有任何類型代理被創建，這隻有 kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支持
  

VIP 和 Service 代理

在 Kubernetes 集羣中，每個 Node 運行一個kube-proxy進程。kube-proxy負責爲Service實現了一種VIP（虛擬 IP）的形式，而不是ExternalName的形式。在 Kubernetes v1.0 版本，代理完全在 userspace。在Kubernetes v1.1 版本，新增了 iptables 代理，但並不是默認的運行模式。從 Kubernetes v1.2 起，默認就是iptables 代理。在 Kubernetes v1.8.0-beta.0 中，添加了 ipvs 代理

在 Kubernetes 1.14 版本開始默認使用ipvs 代理

在 Kubernetes v1.0 版本，Service是 “4層”（TCP/UDP over IP）概念。在 Kubernetes v1.1 版本，新增了Ingress API（beta 版），用來表示 “7層”（HTTP）服務

！爲何不使用 round-robin DNS？

代理模式的分類

1、userspace 代理模式

2、iptables 代理模式

3、ipvs 代理模式

這種模式，kube-proxy 會監視 Kubernetes Service對象和Endpoints，調用netlink接口以相應地創建ipvs 規則並定期與 Kubernetes Service對象和Endpoints對象同步 ipvs 規則，以確保 ipvs 狀態與期望一致。訪問服務時，流量將被重定向到其中一個後端 Pod

與 iptables 類似，ipvs 於 netfilter 的 hook 功能，但使用哈希表作爲底層數據結構並在內核空間中工作。這意味着 ipvs 可以更快地重定向流量，並且在同步代理規則時具有更好的性能。此外，ipvs 爲負載均衡算法提供了更多選項，例如：

• rr：輪詢調度
• lc：最小連接數
• dh：目標哈希
• sh：源哈希
• sed：最短期望延遲
• nq：不排隊調度
  

ClusterIP

clusterIP 主要在每個 node 節點使用 iptables，將發向 clusterIP 對應端口的數據，轉發到 kube-proxy 中。然後 kube-proxy 自己內部實現有負載均衡的方法，並可以查詢到這個 service 下對應 pod 的地址和端口，進而把數據轉發給對應的 pod 的地址和端口

爲了實現圖上的功能，主要需要以下幾個組件的協同工作：

• apiserver 用戶通過kubectl命令向apiserver發送創建service的命令，apiserver接收到請求後將數據存儲到etcd中
• kube-proxy kubernetes的每個節點中都有一個叫做kube-porxy的進程，這個進程負責感知service，pod的變化，並將變化的信息寫入本地的iptables規則中
• iptables 使用NAT等技術將virtualIP的流量轉至endpoint中

創建 myapp-deploy.yaml 文件

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: wangyanglinux/myapp:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

創建 Service 信息

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

Headless Service

有時不需要或不想要負載均衡，以及單獨的 Service IP 。遇到這種情況，可以通過指定 ClusterIP(spec.clusterIP) 的值爲 “None” 來創建 Headless Service 。這類 Service 並不會分配 Cluster IP， kube-proxy 不會處理它們，而且平臺也不會爲它們進行負載均衡和路由

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

[root@k8s-master ~]# dig -t A myapp-headless.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10

NodePort

nodePort 的原理在於在 node 上開了一個端口，將向該端口的流量導入到 kube-proxy，然後由 kube-proxy 進一步到給對應的 pod

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

查詢流程

iptables -t nat -nvL KUBE-NODEPORTS

LoadBalancer

loadBalancer 和 nodePort 其實是同一種方式。區別在於 loadBalancer 比 nodePort 多了一步，就是可以調用cloud provider 去創建 LB 來向節點導流

ExternalName

這種類型的 Service 通過返回 CNAME 和它的值，可以將服務映射到 externalName 字段的內容( 例如：hub.atguigu.com )。ExternalName Service 是 Service 的特例，它沒有 selector，也沒有定義任何的端口和Endpoint。相反的，對於運行在集羣外部的服務，它通過返回該外部服務的別名這種方式來提供服務

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service-1
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: hub.atguigu.com

當查詢主機 my-service.defalut.svc.cluster.local ( SVC_NAME.NAMESPACE.svc.cluster.local )時，集羣的DNS 服務將返回一個值 my.database.example.com 的 CNAME 記錄。訪問這個服務的工作方式和其他的相同，唯一不同的是重定向發生在 DNS 層，而且不會進行代理或轉發