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資訊專欄INFORMATION COLUMN

kube-proxy模式選擇 容器云 UK8S

ernest.wang / 1378人閱讀

摘要：模式選擇模式選擇模式選擇是中的關(guān)鍵組件其主要功能是在和其后端之間進(jìn)行負(fù)載均衡。模式下，使用負(fù)載均衡代替了。

kube-proxy模式選擇

kube-proxy是kubernetes中的關(guān)鍵組件,其主要功能是在Service和其后端Pod之間（Endpoint）進(jìn)行負(fù)載均衡。kube-proxy 有三種運(yùn)行模式，每種都有不同的實(shí)現(xiàn)技術(shù)：userspace、iptables或者IPVS。

userspace模式由于性能問題已經(jīng)不推薦使用。這里主要介紹iptables和IPVS兩種模式的比較及選擇。

如何選擇

對于集群規(guī)模較大，特別是Service數(shù)量可能超過1000的，推薦選擇IPVS。（詳見后續(xù)測試數(shù)據(jù)）

對于集群規(guī)模中等，Service數(shù)量不多的，推薦選擇iptables。

如果客戶端會出現(xiàn)大量并發(fā)短鏈接，目前建議選擇iptables，原因見下方備注。

備注：在使用IPVS模式的kubernetes集群中進(jìn)行滾動更新，期間如果有一個(gè)客戶端在短時(shí)間內(nèi)（兩分鐘）內(nèi)發(fā)送大量短鏈接，客戶端端口會被復(fù)用，導(dǎo)致node收到的來自于該客戶端的請求報(bào)文網(wǎng)絡(luò)五元組相同，觸發(fā)IPVS復(fù)用Connection，有可能導(dǎo)致報(bào)文被轉(zhuǎn)發(fā)到了一個(gè)已經(jīng)銷毀的Pod上，導(dǎo)致業(yè)務(wù)異常。

官方issue：https://github.com/kubernetes/kubernetes/issues/81775

如何切換

請參考kube-proxy模式切換

iptables模式

iptables是一個(gè)Linux內(nèi)核功能，是一個(gè)高效的防火墻，并提供了數(shù)據(jù)包處理和過濾方面的能力。它可以在核心數(shù)據(jù)包處理管線上用Hook掛接一系列的規(guī)則。iptables模式中kube-proxy在NAT pre-routing Hook中實(shí)現(xiàn)它的NAT和負(fù)載均衡功能。這種方法簡單有效，依賴于成熟的內(nèi)核功能，并且能夠和其它跟 iptables 協(xié)作的應(yīng)用融洽相處。

IPVS模式

IPVS是一個(gè)用于負(fù)載均衡的Linux內(nèi)核功能。IPVS模式下，kube-proxy使用IPVS負(fù)載均衡代替了iptables。IPVS的設(shè)計(jì)思路就是用來為大量服務(wù)進(jìn)行負(fù)載均衡的，它有一套優(yōu)化過的API，使用優(yōu)化的查找算法，而不是從列表中查找規(guī)則，在大規(guī)模場景下相對IPVS性能更好。

模式對比

無論是iptables模式還是IPVS模式，轉(zhuǎn)發(fā)性能都與Service及對應(yīng)的Endpoint數(shù)量有關(guān)，原因是Node上iptables或IPVS轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的數(shù)量與svc和ep的數(shù)目成正比。

IPVS和iptables轉(zhuǎn)發(fā)性能主要差異體現(xiàn)在TCP三次握手連接建立的過程，因此在大量短連接請求的場景下，兩種模式的性能差異尤為突出。

在Service和Endpoint的數(shù)量較少的情況下(Service數(shù)十到數(shù)百，Endpoint數(shù)百到數(shù)千)，iptables模式轉(zhuǎn)發(fā)性能要略優(yōu)于IPVS。

隨著Service和Endpoint的數(shù)量逐漸提升，iptables模式轉(zhuǎn)發(fā)性能明顯下降，IPVS模式轉(zhuǎn)發(fā)性能則相對穩(wěn)定。

Service數(shù)量1000左右，Endpoint數(shù)量到20000左右時(shí)，iptables模式轉(zhuǎn)發(fā)性能開始低于IPVS，隨著Service和Endpoint的數(shù)量繼續(xù)增大（Service數(shù)千，Endpoint數(shù)萬），IPVS模式性能略微下降，iptables模式性能則大幅下降。

測試用例

我們使用了2臺Node作為測試節(jié)點(diǎn)，一臺節(jié)點(diǎn)KubeProxy使用iptables模式，記為N1；另一臺KubeProxy使用IPVS模式，記為N2。

在N1和N2上準(zhǔn)備好壓測客戶端ab，并發(fā)連接數(shù)1000，一共需要完成10000次短連接請求。

在N1和N2上分別但不同時(shí)執(zhí)行測試命令，觀察ab返回的結(jié)果：

Connection Times (ms)
              min  mean[+/-sd] median   max
Connect:        1   38   8.4     38      59
Processing:    10   41   9.7     40      67
Waiting:        1   28   9.0     28      56
Total:         51   79   7.5     78     101

不斷變化Service數(shù)量,100，500，1000，2000，3000，4000，觀察結(jié)果采集數(shù)據(jù)。

以下為UK8S團(tuán)隊(duì)針對IPVS和iptables進(jìn)行的性能測試數(shù)據(jù)。

可以看出，在Service數(shù)量為100和500時(shí)，iptables轉(zhuǎn)發(fā)性能要優(yōu)于IPVS；Service數(shù)量達(dá)到1000時(shí)，兩者大體持平；Service數(shù)量繼續(xù)增大，IPVS的性能優(yōu)勢則越發(fā)明顯。

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