k8s--Service 介绍、资源清单

Service 介绍

Deployment 只是保证了支撑服务的微服务 Pod 的数量，但是没有解决如何访问这些服务的问题。一个 Pod 只是一个运行服务的实例，随时可能在一个节点上停止，在另一个节点以一个新的 IP 启动一个新的 Pod，因此不能以确定的IP和端口号提供服务。

要稳定地提供服务需要服务发现和负载均衡能力。服务发现完成的工作，是针对客户端访问的服务，找到对应的后端服务实例。在 K8S 集群中，客户端需要访问的服务就是 Service 对象。每个Service 会对应一个集群内部有效的虚拟 IP，集群内部通过虚拟 IP 访问一个服务。

在 K8S 集群中，微服务的负载均衡是由 kube-proxy 实现的。kube-proxy 是 k8s 集群内部的负载均衡器。它是一个分布式代理服务器，在 K8S 的每个节点上都有一个；这一设计体现了它的伸缩性优势，需要访问服务的节点越多，提供负载均衡能力的 kube-proxy 就越多，高可用节点也随之增多。与之相比，我们平时在服务器端使用反向代理作负载均衡，还要进一步解决反向代理的高可用问题。

在 kubernetes 中，pod 是应用程序的载体，我们可以通过 pod 的 ip 来访问应用程序，但是 pod 的 ip 地址不是固定的，这也就意味着不方便直接采用 pod 的 ip 对服务进行访问。

为了解决这个问题，kubernetes 提供了 Service 资源，Service 会对提供同一个服务的多个 pod 进行聚合，并且提供一个统一的入口地址。通过访问 Service 的入口地址就能访问到后面的 pod 服务。

Service 在很多情况下只是一个概念，真正起作用的其实是 kube-proxy 服务进程，每个 Node 节点上都运行着一个 kube-proxy 服务进程。当创建 Service 的时候会通过 api-server 向 etcd 写入创建的 service 的信息，而 kube-proxy 会基于监听的机制发现这种 Service 的变动，然后它会将最新的 Service 信息转换成对应的访问规则。

执行 ipvsadm -Ln 查看，如果没有需要 yum 进行安装

# 10.97.97.97:80 是 service 提供的访问入口
# 当访问这个入口的时候，可以发现后面有三个 pod 的服务在等待调用，
# kube-proxy 会基于 rr（轮询）的策略，将请求分发到其中一个 pod 上去
# 这个规则会同时在集群内的所有节点上都生成，所以在任何一个节点上访问都可以。
[root@dce-10-6-215-215 tmp]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0

Service 存在的意义

防止 Pod 失联【服务发现】

因为 Pod 每次创建都对应一个 IP 地址，而这个 IP 地址是短暂的，每次随着 Pod 的更新都会变化，假设当我们的前端页面有多个 pod 时候，同时后端也多个 Pod，这个时候，他们之间的相互访问，就需要通过注册中心，拿到 Pod 的 IP 地址，然后去访问对应的 Pod

定义 Pod 访问策略【负载均衡】

页面前端的 Pod 访问到后端的 Pod，中间会通过 Service 一层，而 Service 在这里还能做负载均衡，负载均衡的策略有很多种实现策略，例如：

• 随机
• 轮询
• 响应比

kube-proxy 目前支持三种工作模式

userspace 模式

userspace 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 充当了一个四层负责均衡器的角色。由于 kube-proxy 运行在 userspace 中，在进行转发处理时会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然比较稳定，但是效率比较低。

iptables 模式

iptables 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 不承担四层负责均衡器的角色，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 模式

ipvs 模式和 iptables 类似，kube-proxy 监控 Pod 的变化并创建相应的 ipvs 规则。ipvs 相对 iptables 转发效率更高。除此以外，ipvs 支持更多的 LB 算法。

# 此模式必须安装 ipvs 内核模块，否则会降级为 iptables
# 开启ipvs
[root@dce-10-6-215-215 tmp]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
# 修改 mode: "ipvs"
# 删除 kube-proxy 下，重新创建
[root@dce-10-6-215-215 tmp]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
[root@dce-10-6-215-215 tmp]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0

资源清单

Service的资源清单文件如下

kind: Service  # 资源类型
apiVersion: v1  # 资源版本
metadata: # 元数据
  name: service # 资源名称
  namespace: dev # 命名空间
spec: # 描述
  selector: # 标签选择器，用于确定当前 service 代理哪些 pod
    app: nginx
  type: # Service 类型，指定 service 的访问方式
  clusterIP:  # 虚拟服务的 ip 地址
  sessionAffinity: # session 亲和性，支持 ClientIP、None 两个选项
  ports: # 端口信息
    - protocol: TCP 
      port: 3017  # service 端口
      targetPort: 5003 # pod 端口
      nodePort: 31122 # 主机端口

type 的类型有下面几种

• ClusterIP：默认值，它是 Kubernetes 系统自动分配的虚拟 IP，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，就可以在集群外部访问服务
• LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发，注意此模式需要外部云环境支持
• ExternalName： 把集群外部的服务引入集群内部，直接使用