k8s入门-使用Service管理Pod访问

我们通过Deployment可以为一个应用创建多个Pod，而且可以动态的进行增加、或者删除多余的Pod，Kubernetes Pod 是有生命周期的，它们可以被创建，也可以被销毁，但是每次Pod的IP地址就会发生变化，外面如何访问到该Pod呢？总不能每次Pod重启就修改访问的IP地址吧。 每个 Pod 都会获取它自己的 IP 地址，但是每次即使这些 IP 地址不总是稳定可依赖的。 这会导致一个问题：在 Kubernetes 集群中，如果一组 Pod（称为 backend）为其它 Pod （称为 frontend）提供服务，那么那些 frontend 该如何发现，并连接到这组 Pod 中的哪些 backend 呢？

这个时候就要用到Service了。

一、Service概念

Service定义了一个服务的访问入口地址,前端的应用(Pod)通过这个入口地址访问其背后的一组由Pod副本组成的集群实例。 Service与其后端Pod副本集群之间则是通过Label Selector来实现"无缝对接"

既然每个Pod都会被分配一个单独的IP地址,而且每个Pod都提供了一个独立的Endpoint**(Pod IP+ContainerPort)**以被客户端访问,现在多个Pod副本组成了一个集群来提供访问。

Kubernetes 需要在每个Node上安装kube-proxy,kube-proxy进程其实就是一个智能的软件负载均衡器,它负责把对Service的请求转发到后端的某个Pod实例上,并在内部实现服务的负载均衡与会话保持机制。

Kubernetes发明了一个很巧明的设计，Service不是共用一个负载均衡器的IP地址，而是每个Service分配了一个全局唯一的虚拟IP地址,这个虚拟IP被称为Cluster IP。这样每个服务就变成了具备唯一IP地址的"通信节点",服务调用就变成了最基础的TCP网络通信问题。而且在Service的整个声明周期内,它的Cluster IP不会发生改变。

二、Service的几种类型

在Serive定义时，我们需要指定spec.type字段，这个字段拥有四个选项：

ClusterIP。默认值。给这个Service分配一个Cluster IP，它是Kubernetes系统自动分配的虚拟IP，因此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，访问任意一个NodeIP:nodePort都将路由到ClusterIP，从而成功获得该服务。

LoadBalancer。在 NodePort 的基础上，利用其他第三方的LB暴露服务的，谷歌或者亚马逊的LB等等。

ExternalName。将服务通过 DNS CNAME 记录方式转发到指定的域名（通过 spec.externlName 设定）。需要 kube-dns 版本在 1.7 以上。

三、Service示例

1、ClusterIP

继续我们Nginx的案例，之前用DaemonSet创建了nginx应用，现在为这些应用创建一个Service

[root@k8s-01 ~]# cat nginx-service.yaml 
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80

• 第1行：定义资源类型为Service
• 第2行：定义当前Service API的版本
• 第3行：metadata设置
• 第4行：设置Service的名称为nginx-service
• 第5行：spec: 开始设置Service的内容
• 第6行：selector: 为该Service指定一个匹配的标签
• 第7行：app: nginx 所有带有标签app：nginx的Pod将使用该Service
• 第8行：ports: 指定Service需要对外的端口
• 第9行：设置端口协议：支持TCP和UDP
• 第10行：设置Service的端口
• 第11行：设置Pod的端口，Kubernetes会将发送给Service端口的连接，转发到Pod的端口上。

创建Nginx Service

[root@k8s-01 ~]# kubectl create -f nginx-service.yaml
service/nginx-service created

查看Nginx Service

[root@k8s-01 ~]# kubectl get service
NAME            TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes      ClusterIP   10.254.0.1       <none>        443/TCP        18d
nginx-service   ClusterIP   10.254.247.47    <none>        80/TCP         10s

访问Servce IP

[root@k8s-01 ~]# curl --head 10.254.247.47
HTTP/1.1 200 OK
Server: nginx/1.13.12
Date: Tue, 12 May 2020 07:26:00 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 612
Last-Modified: Mon, 09 Apr 2018 16:01:09 GMT
Connection: keep-alive
ETag: "5acb8e45-264"
Accept-Ranges: bytes

2、NodePort

在开始之前，将之前创建的pod和service清理下。

1）通过指令创建NodePort

nginx的yaml文件：

[root@k8s-01 ~]# cat nginx-pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80

创建并查看Pod

[root@k8s-01 ~]# kubectl create -f nginx-pod.yaml 
pod/nginx-pod created


[root@k8s-01 ~]# kubectl get pod
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-pod                   1/1     Running   0          26s

[root@k8s-01 ~]# kubectl get pod -o wide
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-pod                   1/1     Running   0          32s   172.30.64.4     k8s-01   <none>           <none>

现在用命令将其配置为NodePort的形式：

[root@k8s-01 ~]# kubectl expose pod nginx-pod --type=NodePort
service/nginx-pod exposed

[root@k8s-01 ~]# kubectl get svc
NAME            TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes      ClusterIP   10.254.0.1       <none>        443/TCP        18d
nginx-pod       NodePort    10.254.199.142   <none>        80:30248/TCP   29s

这个时候可以看到nginx-pod的类型变成了NodePort，而且后面也写明了端口的映射关系：将pod中的80端口映射到node的30248端口。

现在就直接访问node的30248端口：

master：

node：

2）通过yaml形式创建NodePort

在开始之前，先删除刚刚的service

[root@k8s-01 ~]# kubectl delete svc nginx-pod
service "nginx-pod" deleted

然后编写yaml文件

[root@k8s-01 ~]# cat service-nginx.yml 
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  type: NodePort
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 32001
      targetPort: 80
      nodePort: 32111

• port：service暴露在cluster ip(Seriver ip )上的端口，:port 是提供给集群内部客户访问service的入口。
• nodePort：kubernetes提供给集群外部客户访问service入口的一种方式（另一种方式是[LoadBalancer]），是提供给集群外部客户访问service的入口。
• targetPort：targetPort很好理解，targetPort是pod上的端口，从port和nodePort上到来的数据最终经过kube-proxy流入到后端pod的targetPort上进入容器。

创建：

[root@k8s-01 ~]# kubectl create -f service-nginx.yml
service/nginx-service created

访问：

四、外部系统访问Service问题

我们需要掌握kubernetes中的三种IP

• Node IP：Node节点IP地址
• Pod IP：Pod的IP地址
• Cluster IP：Service的IP地址

NodePort的实现方式是在Kubernetes集群里的每个Node上为需要外部访问的Service开启一个对应的TCP请求，外部系统只要用任意Node的IP地址+具体的NodePort端口即可访问服务，在任意node上运行netstat服务，我们可以看到NodePort端口被监听。

但NodePort还没有完全解决外部访问Service的所有问题，比如负载均衡的问题，假如说我们集群中有10个Node，则此时最好有一个负载均衡，外部的请求只需要访问此负载均衡器的IP地址，由负载均衡负责转发流量到后面的node上。

上图中Load balancer组件独立于Kubernetes集群之外，通常是一个硬件的负载均衡器，或者是以软件方式实现的，例如Haproxy或者Nginx。对于每个Service，我们通常配置一个对应的Load balancer实例来转发流量到后端的Node。

参考文章：
https://k.i4t.com/kubernetes_service.html
http://k8s.unixhot.com/kubernetes/service-admin.html
http://www.eryajf.net/2127.html