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淺析k8s service的應(yīng)用

Clect / 2280人閱讀

摘要：前言最近在產(chǎn)品新版本的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡方案上遇到了一個問題，在盡量不改動原生使用方式和代碼前提下，對又重新復(fù)習(xí)了一遍，略有體會。所有訪問該的請求，都會被轉(zhuǎn)發(fā)到后端的中。使用這種方案的原因，不外乎是外部無法訪問容器服務(wù)。

前言

最近在產(chǎn)品新版本的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡方案上遇到了一個問題，在盡量不改動原生k8s使用方式和代碼前提下，對service又重新復(fù)習(xí)了一遍，略有體會。

Service

k8s中service是一個面向微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計，它從k8s本身解決了容器集群的負(fù)載均衡，并開放式地支持了用戶所需要的各種負(fù)載均衡方案和使用場景。

通常，一個service被創(chuàng)建后會在集群中創(chuàng)建相應(yīng)的endpoints，隨后，controller-manager中的endpointsController會去檢查并向該endpoints填入關(guān)于這個service，符合下述所有條件的后端端點（即pod）：

相同的namespace；

pod的labels能滿足service.Spec.selector（除非service.Spec.selector為空，這種情況下不會自動創(chuàng)建endpoints）；

如果service開放了port，且是以字符串名字的形式（targetPort=[字符串]），則相應(yīng)的pod的某個container中必須有配置同名的port；

當(dāng)endpoints被更新后，kube-proxy會感知，并根據(jù)更新后的endpoints，在宿主機(jī)上做轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的配置，kube-proxy目前支持iptables、ipvs兩種負(fù)載均衡方式，默認(rèn)是iptables。

DNS

絕大部分使用k8s的人都會使用kubedns做服務(wù)發(fā)現(xiàn)和service domain的解析。kubedns會建立長連接即時檢查service的變化，一旦發(fā)現(xiàn)有service被創(chuàng)建，會根據(jù)service的類型，在數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建service domain 到指定的CNAME或IP（cluster-IP）的映射，作為對該service domain 的dns解析結(jié)果。

service 的類型 ClusterIP

最普遍的service類型，也是默認(rèn)類型。ClusterIP類型的service創(chuàng)建時，k8s會通過etcd從可分配的IP池中分配一個IP，該IP全局唯一，且不可修改。所有訪問該IP的請求，都會被iptables轉(zhuǎn)發(fā)到后端的endpoints中。

該類型下，service的cluster-ip會作為kube-dns的解析結(jié)果，返回給客戶端?；旧线@是私有云中服務(wù)內(nèi)部常用的方案，但是也只能集群內(nèi)服務(wù)互相訪問。

NodePort

通過node的IP進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換實現(xiàn)服務(wù)的可訪問性，外部訪問集群中任意一個node：port即可以訪問服務(wù)。
舉個例子:一個單副本的deployment，其pod運(yùn)行在node2上，通過nodePort方式開放服務(wù)，外部client訪問node1_ip:port即可訪問到容器服務(wù)。這個過程中原理是：

client訪問node1_ip:port

node1對數(shù)據(jù)包做SNAT，將來源地址改成node1_ip

node1對數(shù)據(jù)包做DNAT,將目的地址改成node2_ip

node2收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)port查找自身的端口，這個端口在service創(chuàng)建時就會與自身運(yùn)行的port做映射，所以這里數(shù)據(jù)包會被轉(zhuǎn)發(fā)到真實的容器中

數(shù)據(jù)響應(yīng)由容器發(fā)給node1，node1再返回給client

這種方案下，node上會產(chǎn)生端口的占用，所以要確保端口可用性。
另外，通過指定service.spec.externalTrafficPolicy=Local可以設(shè)置node上kube-proxy不轉(zhuǎn)發(fā)到其他node，參照上面的例子，由于node1沒有響應(yīng)的pod在運(yùn)行，所以node1上會直接drop數(shù)據(jù)包。

使用這種方案的原因，不外乎是：外部無法訪問容器服務(wù)。

LoadBalancer

需要外部支持（GCP and Azure），用戶訪問service.spec.external-ip,該IP對應(yīng)到一個外部負(fù)載均衡的vip，外部服務(wù)對這個vip的請求，會被loadbalancer通過健康檢查和轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)送到一個運(yùn)行著該服務(wù)pod的node上，并同樣通過nodePort里的端口映射，發(fā)送給容器。

上述是幾種比較普遍的service，隨著社區(qū)發(fā)展，又出現(xiàn)了一些新的類型，可以做更靈活的適配。

ExternalName

用戶可以指定一個任意的名字，作為該service被解析的CNAME,這種類型的servcie不用指定clusterIP，因此kube-proxy不會管理這類service，這類service需要使用1.7版本以上的kubedns。比如用戶想創(chuàng)建一個service，但要讓所有容器訪問該service的請求都引導(dǎo)到用戶自己定義的外部域名服務(wù)，就可以通過這個方式實現(xiàn)?？梢哉f這個是最自由的一個方式：你希望服務(wù)被如何解析，服務(wù)就能被如何解析。你甚至可以給多個service配置同一個externalName。

headless service

headless service是一個特殊的ClusterIP類service，這種service創(chuàng)建時不指定clusterIP(--cluster-ip=None)，因為這點，kube-proxy不會管這種service，于是node上不會有相關(guān)的iptables規(guī)則。

當(dāng)headless service有配置selector時，其對應(yīng)的所有后端節(jié)點，會被記錄到dns中，在訪問service domain時kube-dns會將所有endpoints返回，選擇哪個進(jìn)行訪問則是系統(tǒng)自己決定；

當(dāng)selector設(shè)置為空時，headless service會去尋找相同namespace下與自己同名的pod作為endpoints。這一點被應(yīng)用到statefulset中，當(dāng)一個三副本的statefulset（mysql1，mysql2,mysql3）運(yùn)行在不同節(jié)點時，我們可以通過域名的方式對他們分別訪問。

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