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k8s-服务发布基础

news 2025/7/7 8:29:01

Service的定义

核心定义

Service 的类型

关键组件与机制

工作流程示例

高级特性

Service工作原理

核心工作原理

标签选择器（Label Selector）

Endpoints 对象

网络代理与负载均衡（kube-proxy）

userspace 模式（已淘汰）

iptables 模式（默认）

IPVS 模式（推荐高性能场景）

Service 类型与流量路由

ClusterIP（默认）

NodePort

LoadBalancer

ExternalName

Service的定义

在 Kubernetes（K8s）中，Service 是一个核心抽象资源，用于为一组具有相同功能的 Pod 提供稳定的网络访问入口，并实现服务发现、负载均衡和抽象隔离。

核心定义

逻辑抽象层：Service 将一组动态变化的 Pod（通过标签选择器匹配）抽象为一个逻辑服务单元，客户端无需关心后端 Pod 的具体数量、IP 地址或位置。
稳定访问入口：为 Pod 分配一个固定的 ClusterIP（虚拟 IP），该 IP 在 Service 生命周期内不变，即使后端 Pod 重建或扩缩容。
负载均衡：自动将客户端请求分发到匹配的 Pod，支持轮询（默认）、随机、会话保持等策略。

Service 的类型

根据网络访问方式，Service 分为以下四种类型：

类型	访问范围	适用场景
ClusterIP	仅集群内部访问（默认）	内部服务间通信（如微服务调用、数据库访问）。
NodePort	集群外部通过节点 IP+端口访问	开发测试或临时暴露服务（需手动指定节点端口，范围通常为 30000-32767）。
LoadBalancer	外部负载均衡器（云环境）	生产环境暴露服务，自动创建云厂商的负载均衡器（如 AWS ALB、GCP Load Balancer）。
ExternalName	通过 DNS CNAME 映射外部服务	访问集群外部服务（如数据库、第三方 API），无需在集群内运行 Pod。

关键组件与机制

标签选择器（Label Selector）：
- 通过 spec.selector 字段匹配 Pod 的标签（如 app: nginx），动态关联后端 Pod。
- 示例：
```
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-service
spec:selector:app: nginx  # 匹配所有标签为 app=nginx 的 Podports:- protocol: TCPport: 80    # Service 暴露的端口targetPort: 80  # Pod 的容器端口
```
- Endpoints 对象：
  - K8s 自动为每个 Service 创建同名的 Endpoints 资源，记录当前匹配的 Pod IP 和端口。
  - 通过 kubectl get endpoints nginx-service 可查看实时关联的 Pod。
- ClusterIP：
  - 虚拟 IP，仅在集群内路由有效，由 kube-proxy 通过 iptables/IPVS 实现。
  - 客户端访问 ClusterIP:Port 时，请求会被转发到后端 Pod。
- DNS 解析：
  - 集群内服务可通过 <service-name>.<namespace>.svc.cluster.local 域名访问（如 nginx-service.default.svc.cluster.local）。
  - 简化配置，避免硬编码 IP。

工作流程示例

创建 Deployment：部署 3 个 Nginx Pod，标签为 app=nginx。

创建 Service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-service
spec:selector:app: nginxports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 80

访问服务：
- 集群内其他 Pod 可通过 nginx-service:80 或其 ClusterIP 访问。
- 若为 NodePort 类型，外部可通过 http://<节点IP>:<节点端口> 访问。

高级特性

会话保持（Session Affinity）：
- 通过 sessionAffinity: ClientIP 确保同一客户端请求始终路由到同一 Pod。
外部流量策略：
- externalTrafficPolicy: Local 保留客户端源 IP，避免经过 NAT 丢失信息（仅 NodePort/LoadBalancer 有效）。
无头服务（Headless Service）：
- 设置 clusterIP: None，不分配 ClusterIP，直接返回 Pod IP 列表（适用于 StatefulSet 或需要直接访问 Pod 的场景）。

Service工作原理

Kubernetes（K8s）中的 Service 通过抽象一组动态变化的 Pod，提供稳定的网络访问入口和负载均衡能力。其工作原理涉及 标签选择、Endpoint 管理、网络代理（kube-proxy）和负载均衡 等核心机制。

核心工作原理

标签选择器（Label Selector）

作用：Service 通过 spec.selector 字段匹配一组 Pod 的标签（如 app=nginx），动态关联后端 Pod。
动态性：当匹配的 Pod 数量或 IP 变化时（如扩容、重建），Service 会自动更新关联的 Endpoint，无需手动干预。

示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-service
spec:selector:app: nginx  # 匹配所有标签为 app=nginx 的 Podports:- protocol: TCPport: 80    # Service 暴露的端口targetPort: 80  # Pod 的容器端口

Endpoints 对象

自动生成：K8s 为每个 Service 创建一个同名的 Endpoints 资源（如 nginx-service），记录当前匹配的 Pod IP 和端口。
实时更新：当 Pod 状态变化（如新增、删除、IP 变更），Endpoints 会同步更新，确保流量始终路由到健康的 Pod。
查看 Endpoints：
```
kubectl get endpoints nginx-service
```

输出实例：

NAME            ENDPOINTS                          AGE
nginx-service   10.244.1.3:80,10.244.2.5:80      5m

网络代理与负载均衡（kube-proxy）

kube-proxy 是运行在每个节点上的网络代理，负责实现 Service 的负载均衡和流量转发。它支持三种工作模式：

userspace 模式（已淘汰）

原理：kube-proxy 作为用户态进程，通过 iptables 捕获 Service 的 ClusterIP 流量，然后转发到后端 Pod。
缺点：性能较差（上下文切换开销大），已逐渐被弃用。

iptables 模式（默认）

原理：
1. kube-proxy 监听 Service 和 Endpoint 的变化，动态生成 iptables 规则。
2. 当客户端访问 Service 的 ClusterIP 时，iptables 随机选择一个后端 Pod IP，并将请求转发过去。
特点：
- 纯内核态转发，性能较高。
- 支持基本的轮询负载均衡。
- 无法处理会话保持（需通过 sessionAffinity: ClientIP 实现）。

查看 iptables 规则：

kubectl get svc nginx-service -o yaml  # 获取 ClusterIP
iptables -t nat -L | grep <ClusterIP>

IPVS 模式（推荐高性能场景）

原理：
1. kube-proxy 调用 Linux 内核的 IPVS 模块（基于哈希表的负载均衡器）。
2. IPVS 支持多种负载均衡算法（如轮询、加权轮询、最少连接等），性能优于 iptables。
启用方式：
- 修改 kube-proxy 启动参数：--proxy-mode=ipvs。
- 确保节点已加载 IPVS 内核模块（如 ip_vs_rr, ip_vs_wrr）。
查看 IPVS 规则：
```
ipvsadm -Ln
```

Service 类型与流量路由

根据访问范围，Service 分为四种类型，其流量路由方式如下：

ClusterIP（默认）

访问范围：仅集群内部。
路由过程：
1. 客户端访问 nginx-service:80 或 ClusterIP。
2. kube-proxy 通过 iptables/IPVS 将请求转发到匹配的 Pod。
适用场景：内部服务间通信（如微服务调用）。

ClusterIP实例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-service       # 服务名称namespace: default     # 命名空间（可选）labels:app: my-app          # 服务标签
spec:type: ClusterIP        # 指定为ClusterIP类型（默认可省略）selector:app: my-app          # 匹配Pod的标签ports:- protocol: TCP      # 协议类型（TCP/UDP）port: 80           # 服务暴露的端口（集群内部访问）targetPort: 8080   # 后端Pod的端口

NodePort

访问范围：外部通过节点 IP + 端口访问。
路由过程：
1. 客户端访问 <节点IP>:<NodePort>（如 192.168.1.100:30080）。
2. 节点上的 iptables/IPVS 将请求转发到 Service 的 ClusterIP，再路由到 Pod。
特点：
- NodePort 范围默认 30000-32767。
- 外部流量需手动配置负载均衡器（如 Nginx）分发到多个节点。

NodePort实例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-nodeport-servicenamespace: defaultlabels:app: my-app
spec:type: NodePort        # 指定为NodePort类型selector:app: my-app         # 匹配Pod的标签ports:- protocol: TCPport: 80          # 服务内部端口（供集群内部访问）targetPort: 8080  # 后端Pod的端口nodePort: 30080   # 节点上暴露的端口（可选，默认自动分配30000-32767）

LoadBalancer

访问范围：外部通过云厂商负载均衡器访问。
路由过程：
1. 创建 Service 时指定 type: LoadBalancer。
2. 云控制器（Cloud Controller Manager）自动创建外部负载均衡器（如 AWS ALB）。
3. 外部流量通过负载均衡器分发到节点，再路由到 Pod。
适用场景：生产环境暴露服务。

loadBalancer实例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-loadbalancer-servicenamespace: defaultlabels:app: my-appannotations:# 可选：云服务商特定的注解（如AWS、GKE）service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: "nlb"
spec:type: LoadBalancer       # 指定为LoadBalancer类型selector:app: my-app            # 匹配Pod的标签ports:- protocol: TCPport: 80             # 服务暴露的端口（负载均衡器端口）targetPort: 8080     # 后端Pod的端口nodePort: 30080      # 可选：自动分配的NodePort（LoadBalancer依赖NodePort实现）externalTrafficPolicy: Cluster  # 可选：Cluster（默认）或Local

ExternalName

访问范围：通过 DNS CNAME 映射外部服务。
路由过程：
1. 客户端访问 Service 的 DNS 名称（如 my-db.default.svc.cluster.local）。
2. DNS 解析返回外部服务的 CNAME（如 mysql.example.com）。
适用场景：访问集群外部数据库或 API。

创建101命名空间所需要的yaml文件

[root@k8s-master opt]# cat myapp01.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: myapp01namespace: test01
spec:replicas: 1selector: #标签选择器matchLabels: #匹配的标签为app: myapp01release: canarytemplate:metadata:labels:app: myapp01 #和上面的myapp要匹配release: canaryspec:containers:- name: myappimage: ikubernetes/myapp:v1ports:- name: http01containerPort: 80

[root@k8s-master opt]# cat myapp-svc-extername01.yaml 
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:name: myapp-svcname02namespace: test01
spec:type: ExternalNameexternalName: myapp-svc02.test02.svc.cluster.local

[root@k8s-master opt]# cat myapp-svc-headless01.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: myapp-svc01namespace: test01
spec:selector:app: myapp01 #挑选的pod还是myapp01。一个pod可以有多个servicerelease: canaryclusterIP: None #None表示是无头serviceports:- port: 39320 #service ip中的端口targetPort: 80 #容器ip中的端口

创建102命名空间所需要的yaml文件

[root@k8s-master opt]# cat myapp-svc-headless02.yaml 
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: myapp-svc02namespace: test02
spec:selector:app: myapp02 #挑选的pod还是myapp。一个pod可以有多个servicerelease: canaryclusterIP: None #None表示是无头serviceports:- port: 39320 #service ip中的端口targetPort: 80 #容器ip中的端口

[root@k8s-master opt]# cat myapp-svc-extername02.yaml 
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:name: myapp-svcname01namespace: test02
spec:type: ExternalNameexternalName: myapp-svc01.test01.svc.cluster.local

[root@k8s-master opt]# cat myapp02.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: myapp02namespace: test02
spec:replicas: 1selector: #标签选择器matchLabels: #匹配的标签为app: myapp02release: canarytemplate:metadata:labels:app: myapp02 #和上面的myapp要匹配release: canaryspec:containers:- name: myapp02image: ikubernetes/myapp:v1ports:- name: http02containerPort: 80

验证：

##查看test01容器的ip地址
[root@k8s-master opt]# ku get pods -n test01 -o wide
NAME                       READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
myapp01-696c886d6b-bbvrn   1/1     Running   0          30m   10.244.36.80   k8s-node1   <none>           <none>##登陆到test02命名空间的容器，访问test01容器的ip
[root@k8s-master opt]# ku exec -it myapp02-55ffcd5f64-xmgq8 -n test02 -- sh
/ # ping 10.244.36.80
PING 10.244.36.80 (10.244.36.80): 56 data bytes
64 bytes from 10.244.36.80: seq=0 ttl=63 time=0.059 ms
64 bytes from 10.244.36.80: seq=1 ttl=63 time=0.121 ms

查看全文

http://www.lryc.cn/news/581558.html