小白学k8s(5)k8s中的service

分类：k8s作者：编程之家用户

k8s中的service

service存在的意义

防止Pod失联（服务发现）
定义一组Pod的访问策略（负载均衡）

对于kubernetes整个集群来说，Pod的地址也可变的，也就是说如果一个Pod因为某些原因退出了，而由于其设置了副本数replicas大于1，那么该Pod就会在集群的任意节点重新启动，这个重新启动的Pod的IP地址与原IP地址不同，这对于业务来说，就不能根据Pod的IP作为业务调度。kubernetes就引入了Service的概念，它为Pod提供一个入口，主要通过Labels标签来选择后端Pod，这时候不论后端Pod的IP地址如何变更，只要Pod的Labels标签没变，那么 业务通过service调度就不会存在问题。

当声明Service的时候，会自动生成一个cluster IP，这个IP是虚拟IP。我们就可以通过这个IP来访问后端的Pod，当然，如果集群配置了DNS服务，比如现在的CoreDNS，那么也可以通过Service的名字来访问，它会通过DNS自动解析Service的IP地址。

Pod与Service的关系

通过label-selector相关联
通过Service实现Pod的负载均衡（ TCP/UDP 4层）

Port

service中主要涉及到了三种port：

port

这里的port表示service暴露在clusterIP上的端口，clusterIP:Port 是提供给集群内部访问kubernetes服务的入口。

targetPort

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。

nodePort

就是Node的基本port。选择该值，这个servce就可以通过NodeIP:NodePort访问这个Service服务，NodePort会路由到Cluster IP服务，这个Cluster IP会通过请求自动创建。

总的来说，port和nodePort都是service的端口，前者暴露给集群内客户访问服务，后者暴露给集群外客户访问服务。从这两个端口到来的数据都需要经过反向代理kube-proxy流入后端pod的targetPod，从而到达pod上的容器内。

IP

service会涉及到几种ip

Node IP

Node节点的IP地址，即物理网卡的IP地址。
可以是物理机的IP（也可能是虚拟机IP），每个Service都会在Node节点上开通一个端口，外部可以通过NodeIP:NodePort即可访问Service里的Pod,和我们访问服务器部署的项目一样，IP:端口/项目名。

在k8s中查看

$ kubectl get nodes
NAME             STATUS   ROLES    AGE   VERSION
192.168.56.202   Ready    <none>   71d   v1.19.4
192.168.56.203   Ready    <none>   71d   v1.19.4

当然有的node是起了别名，就需要进去node中查看

$ kubectl describe node nodeName

Pod IP

Pod IP是每个Pod的IP地址，他是Docker Engine根据docker网桥的IP地址段进行分配的，通常是一个虚拟的二层网络。

1、同Service下的pod可以直接根据PodIP相互通信；

2、不同Service下的pod在集群间pod通信要借助于 cluster ip；

3、pod和集群外通信，要借助于node ip。

在kubernetes查询Pod IP

查看已有的pod

$ kubectl get pods
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE
go-app-5d584885d7-2gf2b    1/1     Running   8          13d
go-app-5d584885d7-jnm8g    1/1     Running   8          13d
nginx-ds-695685c55-hcx82   1/1     Running   8          13d
nginx-ds-695685c55-pvtv9   1/1     Running   8          13d
nginx-ds-695685c55-rp5bb   1/1     Running   8          13d

查看某个pod的ip

$ kubectl describe pod  go-app-5d584885d7-2gf2b

Cluster IP

Service的IP地址，此为虚拟IP地址。外部网络无法ping通，只有kubernetes集群内部访问使用。

Cluster IP是一个虚拟的IP

1、Cluster IP仅仅作用于Kubernetes Service这个对象，并由Kubernetes管理和分配P地址；

2、Cluster IP无法被ping，他没有一个“实体网络对象”来响应；

3、Cluster IP只能结合Service Port组成一个具体的通信端口，单独的Cluster IP不具备通信的基础，并且他们属于Kubernetes集群这样一个封闭的空间；

4、在不同Service下的pod节点在集群间相互访问可以通过Cluster IP。

查看 service的ip

$ kubectl describe svc go-app-svc
Name:                     go-app-svc
Namespace:                default
Labels:                   <none>
Annotations:              <none>
Selector:                 app=go-app
Type:                     NodePort
IP:                       10.0.0.16
Port:                     <unset>  8000/TCP
TargetPort:               8000/TCP
NodePort:                 <unset>  45366/TCP
Endpoints:                172.17.10.4:8000,172.17.10.5:8000
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

ip如上是10.0.0.16

三种IP网络间的通信

service地址和pod地址在不同网段，service地址为虚拟地址，不配在pod上或主机上，外部访问时，先到Node节点网络，再转到service网络，最后代理给pod网络。

Kubernetes在其所有节点上开放一个端口给外部访问（所有节点上都使用相同的端口号）， 并将传入的连接转发给作为Service服务对象的pod。这样我们的pod就可以被外部请求访问到。

Service几种类型

  • ClusterIP：分配一个内部集群IP地址，只能在集群内部访问（同Namespace内的Pod），默认ServiceType。ClusterIP 模式的 Service 为你提供的，就是一个 Pod 的稳定的 IP 地址，即 VIP。
  • NodePort：就是Node的基本port。选择该值，这个servce就可以通过NodeIP:NodePort访问这个Service服务，NodePort会路由到Cluster IP服务，这个Cluster IP会通过请求自动创建；
  • LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡器，可以向外部暴露服务，选择该值，外部的负载均衡器可以路由到NodePort服务和Cluster IP服务；
  • ExternalName:通过返回 CNAME 和它的值，可以将服务映射到 externalName 字段的内容，没有任何类型代理被创建，可以用于访问集群内其他没有Labels的Pod，也可以访问其他NameSpace里的Service。

ClusterIP

Kubernetes以Pod作为应用部署的最小单位。kubernetes会根据Pod的声明对其进行调度，包括创建、销毁、迁移、水平伸缩等，因此Pod 的IP地址不是固定的，不方便直接采用Pod IP对服务进行访问。

为解决该问题，Kubernetes提供了Service资源，Service对提供同一个服务的多个Pod进行聚合。一个Service提供一个虚拟的Cluster IP，后端对应一个或者多个提供服务的Pod。在集群中访问该Service时，采用Cluster IP即可，Kube-proxy负责将发送到Cluster IP的请求转发到后端的Pod上。

Kube-proxy是一个运行在每个节点上的go应用程序，支持三种工作模式：

userspace

该模式下kube-proxy会为每一个Service创建一个监听端口。发向Cluster IP的请求被Iptables规则重定向到Kube-proxy监听的端口上，Kube-proxy根据LB算法选择一个提供服务的Pod并和其建立链接，以将请求转发到Pod上。

该模式下，Kube-proxy充当了一个四层Load balancer的角色。由于kube-proxy运行在userspace中，在进行转发处理时会增加两次内核和用户空间之间的数据拷贝，效率较另外两种模式低一些；好处是当后端的Pod不可用时，kube-proxy可以重试其他Pod。

iptables

为了避免增加内核和用户空间的数据拷贝操作，提高转发效率，Kube-proxy提供了iptables模式。在该模式下，Kube-proxy为service后端的每个Pod创建对应的iptables规则，直接将发向Cluster IP的请求重定向到一个Pod IP。

该模式下Kube-proxy不承担四层代理的角色，只负责创建iptables规则。该模式的优点是较userspace模式效率更高，但不能提供灵活的LB策略，当后端Pod不可用时也无法进行重试。

ipvs

该模式和iptables类似，kube-proxy监控Pod的变化并创建相应的ipvs rules。ipvs也是在kernel模式下通过netfilter实现的，但采用了hash table来存储规则，因此在规则较多的情况下，Ipvs相对iptables转发效率更高。除此以外，ipvs支持更多的LB算法。如果要设置kube-proxy为ipvs模式，必须在操作系统中安装IPVS内核模块。

NodePort

暴露端口到Node节点，可以通过Node节点访问容器。

如果设置 type 的值为 "NodePort"，Kubernetes master 将从给定的配置范围内（默认：30000-32767）分配端口，每个 Node 将从该端口（每个 Node 上的同一端口）代理到 Service。

需要注意的是，Service 将能够通过 :spec.ports[].nodePort 和 spec.clusterIp:spec.ports[].port 而对外可见。

LoadBalancer

NodePort提供了一种从外部网络访问Kubernetes集群内部Service的方法，但该方法存在下面一些限制，导致这种方式主要适用于程序开发，不适合用于产品部署。

  • Kubernetes cluster host的IP必须是一个well-known IP，即客户端必须知道该IP。但Cluster中的host是被作为资源池看待的，可以增加删除，每个host的IP一般也是动态分配的，因此并不能认为host IP对客户端而言是well-known IP。
  • 客户端访问某一个固定的host IP的方式存在单点故障。假如一台host宕机了，kubernetes cluster会把应用 reload到另一节点上，但客户端就无法通过该host的nodeport访问应用了。
  • 通过一个主机节点作为网络入口，在网络流量较大时存在性能瓶颈。

LoadBalancer解决了这些问题，通过将Service定义为LoadBalancer类型，Kubernetes在主机节点的NodePort前提供了一个四层的负载均衡器。该四层负载均衡器负责将外部网络流量分发到后面的多个节点的NodePort端口上。

  • 在多台服务器之间有效地分配客户端请求或网络负载
  • 通过仅向在线服务器发送请求来确保高可用性和可靠性
  • 提供根据需求指示添加或减少服务器的灵活性

备注：LoadBalancer类型需要云服务提供商的支持，Service中的定义只是在Kubernetes配置文件中提出了一个要求，即为该Service创建Load Balancer，至于如何创建则是由Google Cloud或Amazon Cloud等云服务商提供的，创建的Load Balancer的过程不在Kubernetes Cluster的管理范围中。

目前WS,Azure,CloudStack,GCE 和 OpenStack 等主流的公有云和私有云提供商都可以为Kubernetes提供Load Balancer。一般来说，公有云提供商还会为Load Balancer提供一个External IP，以提供Internet接入。如果你的产品没有使用云提供商，而是自建Kubernetes Cluster，则需要自己提供LoadBalancer。

参考

【kubernetes中常用对象service的详细介绍】https://zhuanlan.zhihu.com/p/103413341
【Istio 运维实战系列（2）：让人头大的『无头服务』-上】https://cloud.tencent.com/developer/article/1700748
【如何为服务网格选择入口网关？- Kubernetes Ingress,Istio Gateway还是API Gateway？】https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MjI5ODgxMA==&mid=2247483759&idx=1&sn=d44c3194810c02eba81d427292fab2d9&chksm=fcd2423acba5cb2c55e3d9952a74d06e6e5803e8a9755885e66630092e1687b57ad09154dc5f&scene=21#wechat_redirect
【iptables详解（1）：iptables概念】https://www.zsythink.net/archives/1199
【Load Balancer】https://www.f5.com/services/resources/glossary/load-balancer#:~:text=A load balancer is a,users)%20and%20reliability%20of%20applications.
【What Is Load Balancing】https://www.nginx.com/resources/glossary/load-balancing/
【【K8S】Service服务详解，看这一篇就够了！！】https://www.cnblogs.com/binghe001/p/13166641.html
【k8s-集群里的三种IP（NodeIP、PodIP、ClusterIP）】https://blog.csdn.net/qq_21187515/article/details/101363521

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