Kubernetes里的Service究竟是如何工作

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        Service是Kubernetes接入层的一种抽象资源，它为我们提供了一种固定的、统一的访问接口地址和负载均衡能力，这时可能会想到，当时使用docker-compose的时候，不存在Service概念，不也运行起来了吗？是的，在Kubernetes集群内部Pod ip也是互通的，但是Pod的ip会经常因为扩容、重建而导致客户端访问错误，pod访问无法提供负载均衡的能力，而Service通过选择一组Pod的label就直接可以访问到Pod，而且可以使用万年不变的域名，所以就选择Service了。

Service是怎么产生的，在集群内部是如何存在的呢

        在kubernetes当中所谓的Service是kube-proxy生成iptables或ipvs规则，它会产生一组虚拟地址，在集群环境下有效。Service不能直接到达Pod内部，中间会间隔EndPoints，这是一组ip和port的组合。默认类型是ClusterIP它仅能接收集群中pod客户端程序的访问请求。这也是最常用的一种类型，另外还有NodePort、LoadBalancer、ExternalName。

iptables或ipvs，到底是iptables还是ipvs呢？

一个Service对象就是工作节点上的一些iptables或ipvs规则，用于将到达Service对象IP地址的流量调度转发至相应的Endpoints对象指向的IP地址和端口之上。

这句话我们经常看到，如何理解呢？

        Kubernetes1.1之前是基于userspace实现，这种模型之下，每次请求流量要先到达内核空间，经有套接字转发到kube-proxy，然后再由它送回到内核空间，之后调度到后端pod之上，可以看出请求在用户空间和内核空间来回转发，效率必然不高。但是当pod无响应时，能够自动重定向到其它pod。

        在Kubernetes1.1版本开始引入iptables规则，Kubernetes1.2开始成为默认类型。即在创建Service资源时，集群上每个节点的kube-proxy都会收到通知，并且创建iptables规则，用于转发到此Service ClusterIP的流量。工作TCP/IP的传输层，高效稳定。

但是这种方式有如下缺点：

  • 1、iptables代理模型挑中的pod无响应时，不能自动重定向到集群内部其它pod资源对象之上。
  • 2、kube-proxy通过iptables处理Service和pod的交互，每产生一个计算节点或者产生大量的pod就需要产生相应大量的iptables规则，不难想象，这些iptables规则每次需要刷新匹配保证正确性，就需要占用大量的CPU资源，所以基于iptables的Service实现就成了制约Kubernetes承载更多pod的瓶颈。

        在Kubernetes1.11开始默认使用ipvs模型，在这种模型下kube-proxy会跟踪APIServer上Service和endpoints对象变化，调用netlink创建ipvs规则，请求调度流量功能由ipvs实现，运行于netfilter之上的钩子函数，具有流量转发速度快，规则性能同步好的特点，支持众多调度算法，剩下仍然由iptables完成。说到这里我们就大概明白了iptables和ipvs的作用和关系了。

Kubernetes的服务发现是通过dns实现，那么为什么会出现四种类型的服务暴露方式呢？

说到Service不得不介绍kubernetes网络模型和通信方式
        一个完整的Kubernetes集群应该包含三层网络，首先第一层是mater和node节点之间的网络，这个网络需要在部署kubernetes集群之前配置完成；

        第二层网络是pod的网络通过kubelet或者cni插件实现，用于pod之间或者内部的通信，集群中的所有pod均处在同一个网络平面空间内，可以直接通信；

        第三层网络是Service资源的网络，是一个虚拟网络，用于为Kubernetes集群配置IP地址，但此地址并不配置于任何主机或者容器的网络接口之上，而是通过kubeproxy配置为iptables规则，将发往该地址的所有流量调度至后端的pod之上。

通信方式分为以下四种：

  • 同一个pod的内部通信；
  • 各个pod彼此通信；
  • pod和service的通信；
  • 集群外部流向service的通信。

所以Service为了满足这些通信方式就出现了如下类型：
        ClusterIP：为集群内部ip地址暴露服务，仅在集群内可达，外部ip无法访问，默认Service类型；

        NodePort：这种类型建立在clusterIp之上，为节点的IP地址暴NodePort服务，外部节点可以通过NodeIP:NodePort直接访问；

        LoadBalancer：这种类型构建在NodePort之上，它可以关联到集群外部的某个负载均衡设备。Kubernetes没有为私有化集群提供LoadBalancer的支持。如果在私有化集群使用需要自建负载均衡器；

        ExternalName：其通过将Service映射至由externalName字段的内容指定的主机名来暴露服务，此主机名需要被DNS服务解析至CNAME类型的记录。这句话怎么理解呢？

        举个例子，你所有的服务都在集群内部，但是你有个数据库是mongodb，没有实现容器化，更没有部署在Kubernetes内部，当然你可以通过在ConfigMap中添加配置访问这个外部服务，但是当你的环境发生变化，比如从开发环境和生产环境的数据地址不同，这个时候你需要修改和重建ConfigMap。

        这个时候可以使用Kubernetes ExternalName内置服务发现机制运用于集群外部运行的服务，像使用集群内的服务一样使用外部服务！通过这种方式，您可以在开发环境和生产环境中实现相同的功能，如果您最终将服务移入集群内，则不需要更改任何代码和配置。

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kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
 name: mongo
spec:
 type: ExternalName
 externalName: mango123456.com

你只需要访问：mongodb://:@mongo:就可以自动访问外部服务。

Service本身有端口、Pod也有端口、容器也有端口，之间有什么关系呢？

        containerPort：一个信息性数据，为集群提供一个可以快速了解相关pod可以访问端口的途径，而且显式指定容器端口，无论你是否指定都不影响其他节点上的客户端pod对其进行访问；

        port：服务提供端口，用于kubernetes集群内部服务访问；

        targetPort：pod目标端口，如果不设置使用默认port端口，port和nodePort的数据通过这个端口进入到Pod内部，Pod里面的containers的端口映射到这个端口，提供服务；

nodePort：Kubernetes集群外部用户访问端口；

总结

        本文主要总结了Service的工作原理和机制。只有明白Service这些概念，才能灵活使用Service，当我们服务出现故障的时候，根据它的原理去分析问题到底出在什么地方，进而快速解决问题。

来源: 微信群分享
原文： https://mp.weixin.qq.com/s/ucwnfpXgHFNBR3CHd5JLMQ
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