k8s技術預研8--深入掌握Kubernetes Service
1、Service定義詳解
1.1 yaml格式的Service定義檔案的完整內容
apiVersion: v1kind: Servicematadata: name: string namespace: string labels: - name: string annotations: - name: stringspec: selector: [] type: string clusterIP: string sessionAffinity: string ports: - name: string protocol: string port: int targetPort: int1.2 對Service定義檔案中各屬性的說明表
屬性名稱 | 取值型別 | 是否必選 | 取值說明 |
version | string | Required | v1 |
kind | string | Required | Service |
metadata | object | Required | 元資料 |
metadata.name | string | Required | Service名稱 |
metadata.namespace | string | Required | 名稱空間,預設為default |
metadata.labels[] | list | 自定義標籤屬性列表 | |
metadata.annotation[] | list | 自定義註解屬性列表 | |
spec | object | Required | 詳細描述 |
spec.selector[] | list | Required | Label Selector配置,將選擇具有指定Label標籤的Pod作為管理範圍 |
spec.type | string | Required | Service的型別,指定Service的訪問方式,預設值為ClusterIP。取值範圍如下:ClusterIP: 虛擬服務的IP,用於k8s叢集內部的pod訪問,在Node上kube-proxy通過設定的Iptables規則進行轉發。NodePort:使用宿主機的埠,使用能夠訪問各Node的外部客戶端通過Node的IP地址和埠就能訪問服務。LoadBalancer: 使用外接負載均衡器完成到服務的負載分發,需要在spec.status.loadBalancer欄位指定外部負載均衡器的IP地址,並同時定義nodePort和clusterIP,用於公有云環境。 |
spec.clusterIP | string | 虛擬服務的IP地址,當type=clusterIP時,如果不指定,則系統進行自動分配。也可以手工指定。當type=LoadBalancer時,則需要指定。 | |
spec.sessionAffinity | string | 是否支援Session,可選值為ClientIP,表示將同一個源IP地址的客戶端訪問請求都轉發到同一個後端Pod。預設值為空。 | |
spec.ports[] | list | Service需要暴露的埠列表 | |
spec.ports[].name | string | 埠名稱 | |
spec.ports[].protocol | string | 埠協議,支援TCP和UDP,預設值為TCP | |
spec.ports[].port | int | 服務監聽的埠號 | |
spec.ports[].targetPort | int | 需要轉發到後端Pod的埠號 | |
spec.ports[].nodePort | int | 當spec.type=NodePort時,指定對映到物理機的埠號 | |
status | object | 當spec.type=LoadBalancer時,設定外部負載均衡器的地址,用於公有云環境 | |
status.loadBalancer | object | 外部負載均衡器 | |
status.loadBalancer.ingress | object | 外部負載均衡器 | |
status.loadBalancer.ingress.ip | string | 外部負載均衡器的IP地址 | |
status.loadBalancer.ingress.hostname | string | 外部負載均衡器的主機名 |
2、Service,RC,Pod架構層次關係
3、VIP 和 Service 代理
執行在每個Node上的kube-proxy程序其實就是一個智慧的軟體負載均衡器,它會負責把對Service的請求轉發到後端的某個Pod例項上並在內部實現服務的負載均衡與會話保持機制。Service不是共用一個負載均衡器的IP,而是被分配了一個全域性唯一的虛擬IP地址,稱為Cluster IP。在Service的整個生命週期內,它的Cluster IP不會改變。 kube-proxy 負責為 Service 實現了一種 VIP(虛擬 IP)的形式,而不是 ExternalName 的形式。在k8s v1.2版本之前預設使用userspace提供vip代理服務,從 Kubernetes v1.2 起,預設是使用 iptables 代理。iptables 代理模式這種模式,kube-proxy 會監視 Kubernetes master 對 Service 物件和 Endpoints 物件的新增和移除。 對每個 Service,它會建立相關 iptables 規則,從而捕獲到達該 Service 的 clusterIP(虛擬 IP)和埠的請求,進而將請求重定向到 Service 的一組 backend 中的某個上面。 對於每個 Endpoints 物件,它也會建立 iptables 規則,這個規則會選擇一個 backend Pod。預設的策略是,隨機選擇一個 backend。 實現基於客戶端 IP 的會話親和性,可以將 service.spec.sessionAffinity 的值設定為 "ClientIP" (預設值為 "None")。和 userspace 代理類似,網路返回的結果是,任何到達 Service 的 IP:Port 的請求,都會被代理到一個合適的 backend,不需要客戶端知道關於 Kubernetes、Service、或 Pod 的任何資訊。 這應該比 userspace 代理更快、更可靠。然而,不像 userspace 代理,如果初始選擇的 Pod 沒有響應,iptables 代理能夠自動地重試另一個 Pod,所以它需要依賴 readiness probes。4、 釋出服務 —— type型別
對一些應用希望通過外部(Kubernetes 叢集外部)IP 地址暴露 Service。Kubernetes ServiceTypes 允許指定一個需要的型別的 Service,預設是 ClusterIP 型別。Type 的取值以及行為如下:- ClusterIP:通過叢集的內部 IP 暴露服務,選擇該值,服務只能夠在叢集內部可以訪問,這也是預設的 ServiceType。
- NodePort:通過每個 Node 上的 IP 和靜態埠(NodePort)暴露服務。NodePort 服務會路由到 ClusterIP 服務,這個 ClusterIP 服務會自動建立。通過請求 <NodeIP>:<NodePort>,可以從叢集的外部訪問一個 NodePort 服務。
- LoadBalancer:使用雲提供商的負載局衡器,可以向外部暴露服務。外部的負載均衡器可以路由到 NodePort 服務和 ClusterIP 服務。
- ExternalName:通過返回 CNAME 和它的值,可以將服務對映到 externalName 欄位的內容(例如, foo.bar.example.com)。 沒有任何型別代理被建立,這隻有 Kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支援。
- Node IP: Node節點的IP地址,這是叢集中每個節點的物理網絡卡的IP地址;
- Pod IP: Pod的IP地址,這是Docker Engine根據docker0網橋的IP地址段進行分配的,通常是一個虛擬的二層網路;
- Cluster IP:Service 的IP地址,這也是一個虛擬的IP,但它更像是一個“偽造”的IP地址,因為它沒有一個實體網路物件,所以無法響應ping命令。它只能結合Service Port組成一個具體的通訊服務埠,單獨的Cluster IP不具備TCP/IP通訊的基礎。在k8s叢集之內,Node IP網、Pod IP網與Cluster IP網之間的通訊採用的是k8s自己設計的一種程式設計實現的特殊的路由規則,不同於常見的IP路由實現。
5、 服務發現
Kubernetes 支援2種基本的服務發現模式 —— 環境變數和 DNS。環境變數當 Pod 執行在 Node 上,kubelet 會為每個活躍的 Service 新增一組環境變數。 它同時支援 Docker links相容 變數、簡單的 {SVCNAME}_SERVICE_HOST 和 {SVCNAME}_SERVICE_PORT 變數,這裡 Service 的名稱需大寫,橫線被轉換成下劃線。舉個例子,一個名稱為 "redis-master" 的 Service 暴露了 TCP 埠 6379,同時給它分配了 Cluster IP 地址 10.0.0.11,這個 Service 生成了如下環境變數:REDIS_MASTER_SERVICE_HOST=10.0.0.11REDIS_MASTER_SERVICE_PORT=6379REDIS_MASTER_PORT=tcp://10.0.0.11:6379REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP=tcp://10.0.0.11:6379REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PROTO=tcpREDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PORT=6379REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_ADDR=10.0.0.11這意味著需要有順序的要求 —— Pod 想要訪問的任何 Service 必須在 Pod 自己之前被建立,否則這些環境變數就不會被賦值。DNS 並沒有這個限制。DNS一個強烈推薦的叢集外掛 是 DNS 伺服器。 DNS 伺服器監視著建立新 Service 的 Kubernetes API,從而為每一個 Service 建立一組 DNS 記錄。 如果整個叢集的 DNS 一直被啟用,那麼所有的 Pod 應該能夠自動對 Service 進行名稱解析。例如,有一個名稱為 "my-service" 的 Service,它在 Kubernetes 叢集中名為 "my-ns" 的 Namespace 中,為 "my-service.my-ns" 建立了一條 DNS 記錄。 在名稱為 "my-ns" 的 Namespace 中的 Pod 應該能夠簡單地通過名稱查詢找到 "my-service"。 在另一個 Namespace 中的 Pod 必須限定名稱為 "my-service.my-ns"。 這些名稱查詢的結果是 Cluster IP。Kubernetes 也支援對埠名稱的 DNS SRV(Service)記錄。 如果名稱為 "my-service.my-ns" 的 Service 有一個名為 "http" 的 TCP 埠,可以對 "_http._tcp.my-service.my-ns" 執行 DNS SRV 查詢,得到 "http" 的埠號。Kubernetes DNS 伺服器是唯一的一種能夠訪問 ExternalName 型別的 Service 的方式。 更多資訊可以檢視DNS Pod 和 Service。Kubernetes 從 1.3 版本起, DNS 是內建的服務,通過外掛管理器 叢集外掛 自動被啟動。Kubernetes DNS 在叢集中排程 DNS Pod 和 Service ,配置 kubelet 以通知個別容器使用 DNS Service 的 IP 解析 DNS 名字。6、Service的基本用法
一般來說,對外提供服務的應用程式需要通過某種機制來實現,對於容器應用最簡便的方式就是通過TCP/IP機制及監聽IP和埠號來實現。建立一個基本功能的Service(1)例如,我們定義一個提供web服務的RC,由兩個tomcat容器副本組成,每個容器通過containerPort設定提供服務號為8080:webapp-rc.yamlapiVersion: v1kind: ReplicationControllermetadata: name: webappspec: replicas: 2 template: metadata: name: webapp labels: app: webapp spec: containers: - name: webapp image: tomcat ports: - containerPort: 8080建立該RC:#kubectl create -f webapp-rc.yaml獲取Pod的IP地址:#kubectl get pods -l app=webapp -o yaml|grep podIPpodIP:172.17.0.2podIP:172.17.0.3直接通過這兩個Pod的IP地址和埠號訪問Tomcat服務:#curl 172.17.0.2:8080直接通過Pod的IP地址和埠號可以訪問容器內的應用服務,但是Pod的IP地址是不可靠的,例如Pod所在的Node發生故障,Pod將被k8s重新排程到另一臺Node。Pod的IP地址將發生變化,更重要的是,如果容器應用本身是分散式的部署方式,通過多個例項共同提供服務,就需要在這些例項的前端設定一個負載均衡器來實現請求的分發。kubernetes中的Service就是設計出來用於解決這些問題的核心元件。(2)為了讓客戶端應用能夠訪問到兩個Tomcat Pod 例項,需要建立一個Service來提供服務k8s提供了一種快速的方法,即通過kubectl expose命令來建立:#kubectl expose rc webapp檢視新建立的Service可以看到系統為它分配了一個虛擬的IP地址(clusterIP),而Service所需的埠號則從Pod中的containerPort複製而來:[[email protected] ~]# kubectl expose rc webappservice "webapp" exposed[[email protected] ~]# kubectl get svcNAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGEkubernetes ClusterIP 10.10.10.1 <none> 443/TCP 19dmysql ClusterIP 10.10.10.200 <none> 3306/TCP 19dwebapp ClusterIP 10.10.10.58 <none> 8080/TCP 9s接下來,我們就可以通過Service的IP地址和Service的埠號訪問該Service了:#curl 10.10.10.58:8080這裡,對Service地址10.10.10.58:8080的訪問被自動負載分發到了後端兩個Pod之一。(3)除了使用kubectl expose命令建立Service,我們也可以通過配置檔案定義Service,再通過kubectl create命令進行建立。例如前面的webapp就用,我們可以設定一個Service:webapp-svc.yamlapiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: webappspec: ports: - port: 8081 targetPort: 8080 selector: app: webappService定義中的關鍵欄位是ports和selector。本例中ports定義部分指定了Service所需的虛擬埠號為8081,由於與Pod容器埠號8080不一樣,所以需要在通過targetPort來指定後端Pod的埠。selector定義部分設定的是後端Pod所擁有的label: app=webapp(4)目前kubernetes提供了兩種負載分發策略:RoundRobin和SessionAffinity- RoundRobin:輪詢模式,即輪詢將請求轉發到後端的各個Pod上
- SessionAffinity:基於客戶端IP地址進行會話保持的模式,第一次客戶端訪問後端某個Pod,之後的請求都轉發到這個Pod上
7、多埠Service
有時候,一個容器應用提供多個埠服務,可以按下面這樣定義:apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: webappspec: ports: - name: web port: 8080 targetPort: 8080 - name: management port: 8005 targetPort: 8005 selector: app: webapp另一個例子是兩個埠使用了不同的4層協議,即TCP和UDPapiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: kube-dns namespace: kube-system labels: k8s-app: kube-dns kubernetes.io/cluster-service: "true" kubernetes.io/name: "KubeDNS"spec: selector: k8s-app: kube-dns clusterIP: 10.10.10.100 ports: - name: dns port: 53 protocol: UDP - name: dns-tcp port: 53 protocol: TCP8、Headless Service
有時不需要或不想要負載均衡,以及單獨的 Service IP。 遇到這種情況,可以通過指定 Cluster IP(spec.clusterIP)的值為 "None" 來建立 Headless Service。這個選項允許開發人員自由尋找他們自己的方式,從而降低與 Kubernetes 系統的耦合性。 應用仍然可以使用一種自注冊的模式和介面卡,對其它需要發現機制的系統能夠很容易地基於這個 API 來構建。對這類 Service 並不會分配 Cluster IP,kube-proxy 不會處理它們,而且平臺也不會為它們進行負載均衡和路由。僅依賴於Label Selector將後端的Pod列表返回給呼叫的客戶端。apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: nginx labels: app: nginxspec: ports: - port: 80clusterIP: Noneselector: app: nginx這樣,Service就不再具有一個特定的ClusterIP地址,對其進行訪問將獲得包含Label"app=nginx"的全部Pod列表,然後客戶端程式自行決定如何處理這個Pod列表。例如, StatefulSet就是使用Headless Service為客戶端返回多個服務地址。Lable Secector:- 配置 Selector:對定義了 selector 的 Headless Service,Endpoint 控制器在 API 中建立了 Endpoints 記錄,並且修改 DNS 配置返回 A 記錄(地址),通過這個地址直接到達 Service 的後端 Pod上。
- 不配置 Selector:對沒有定義 selector 的 Headless Service,Endpoint 控制器不會建立 Endpoints 記錄。
9、外部服務Service——沒有 selector 的 Service
在某些環境中,應用系統需要將一個外部資料庫用為後端服務進行連線,或將另一個叢集或Namespace中的服務作為服務的後端,這時可以通過建立一個無Label Selector的Service實現:apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: my-servicespec: ports: - protocol: TCP port: 80 targetPort: 80Servcie 抽象了該如何訪問 Kubernetes Pod,但也能夠抽象其它型別的 backend,例如:- 希望在生產環境中使用外部的資料庫叢集。
- 希望服務指向另一個 Namespace 中或其它叢集中的服務。
- 正在將工作負載同時轉移到 Kubernetes 叢集和執行在 Kubernetes 叢集之外的 backend。
10、叢集外部訪問Pod或Service的方法
由於Pod和Service是k8s叢集範圍內的虛擬概念,所以叢集外的客戶端系統無法通過Pod的IP地址或者Service的虛擬IP地址和虛擬埠號訪問到它們。為了讓外部客戶端可以訪問這些服務,可以將Pod或Service的埠號對映到宿主機,以使得客戶端應用能夠通過物理機訪問容器應用。10.1 將容器應用的埠號對映到物理機
(1)通過設定容器級別的hostPort,將容器應用的埠號對映到物理機上檔案pod-hostport.yamlapiVersion: v1kind: Podmetadata: name: webapp labels: app: webappspec: containers: - name: webapp image: tomcat ports: - containerPort: 8080 hostPort: 8081通過kubectl create建立這個Pod:#kubectl create -f pod-hostport.yaml通過物理機的IP地址和8081埠號訪問Pod內的容器服務:#curl 10.0.2.6:8081(2)通過設定Pod級別的hostNetwork=true,該Pod中所有容器的埠號都將被直接對映到物理機上設定hostWork=true是需要注意,在容器的ports定義部分如果不指定hostPort,則預設hostPort等於containerPort,如果指定了hostPort,則hostPort必須等於containerPort的值。檔案pod-hostnetwork.yamlapiVersion: v1kind: Podmetadata: name: webapp-hostnetwork labels: app: webapp-hostnetworkspec: hostNetwork: true containers: - name: webapp-hostnetwork image: tomcat imagePullPolicy: Never ports: - containerPort: 8080建立這個Pod:#kubectl create -f pod-hostnetwork.yaml[[email protected] ~]# kubectl get pod -o wideNAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODEdapi-test-pod-volume 1/1 Running 4 12d 172.17.0.7 10.0.2.6pod-affinity 1/1 Running 3 11d 172.17.0.4 10.0.2.6webapp 1/1 Running 0 6m 172.17.0.2 10.0.2.6webapp-hostnetwork 1/1 Running 0 37s 10.0.2.10 10.0.2.10通過物理機的IP地址和8080埠訪問Pod的容器服務#curl 10.0.2.10:808010.2 將Service的埠號對映到物理機
(1)通過設定nodePort對映到物理機,同時設定Service的型別為NodePort檔案webapp-svc-nodeport.yamlapiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: webapp-nodeportspec: type: NodePort ports: - port: 8090 targetPort: 8080 nodePort: 8090 selector: app: webapp建立這個Service:相關推薦
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