Service

虽然每个Pod都会分配一个单独的Pod IP，然而却存在如下两个问题：

• Pod IP 会随着Pod的重建产生变化
• Pod IP 仅仅时集群内可见的虚拟IP，外部无法访问

这样对访问这个服务带来了难度。因此Kubernetes设计了Service来解决这个问题

Service可以看作是一组同类Pod对外访问接口，借助Service应用可以方便地实现服务的发现和负载均衡

创建集群内部可访问的Service

#暴露Serviec
kubectl expose deployment  nginx --name=svc-nginx1 --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80 -n dev 

#查看service
kubectl get service -n dev -o wide

# 这里会产生一个CLUSYER-IP，就是service的IP，在Service的生命周期中，这个地址是不回变动的
# 可以通这个IP访问service中对应的POD
curl  serviceIP


ClusterIP只允许集群内部访问

 创建外部也可以访问的Service

#将type改为Nodeport即可
kubectl expose deploy nginx --type=NodePort --name=svc-nginx2 --port=80 --target-port=80 -n dev

# 查看service
kubectl get svc -n dev
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
svc-nginx1   ClusterIP   10.100.240.232   <none>        80/TCP         12m
svc-nginx2   NodePort    10.109.61.23     <none>        80:31962/TCP   20s

浏览器上访问 http://nodeIP:31962

#删除service
kubectl delete service svc-nginx1 -n dev

配置文件方式

vim  svc-nginx.yml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-nginx
  namespace: dev
spec:
  clusterIP: 10.99.160.47 #可写可不写
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: nginx
  type: NodePort

# 创建
kubectl create -f svc-nginx.yml

# 删除
kubectl delete -f svc-nginx.yml

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节点上都运行了一个kube-proxy的服务进程。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的变化，然后它会将最新的Service信息转换为对应的访问规则。

# 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@k8s-node1 ~]# 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

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（负载均衡算法）选择一个提供服务的Pod并和其建立连接，以便将请求转发到Pod上。

该模式下，kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中，在进行转发处理的时候会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然比较稳定，但是效率非常低下。

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的IP上。

该模式下kube-proxy不承担四层负载均衡器的角色，只负责创建iptables规则。该模式的优点在于较userspace模式效率更高，但是不能提供灵活的LB策略，当后端Pod不可用的时候无法进行重试

ipvs模式：

ipvs模式和iptables类似，kube-porxy监控pod的变化并创建相应的ipvs规则。ipvs相对于iptable转发效率更高。除此之外，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,搜索mode改为ipvs
[root@master ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
[root@master ~]# kubectl  delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
[root@master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.17.0.1:30317 rr
TCP  192.168.248.10:30317 rr
TCP  10.96.0.1:443 rr
  -> 192.168.248.10:6443          Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.6:53                Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.7:53                Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:9153 rr
  -> 10.244.0.6:9153              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.7:9153              Masq    1      0          0         
TCP  10.105.180.5:80 rr
TCP  10.109.167.17:443 rr
  -> 192.168.248.12:443           Masq    1      0          0         
TCP  10.111.120.209:80 rr
TCP  10.244.0.0:30317 rr
TCP  10.244.0.1:30317 rr
TCP  127.0.0.1:30317 rr
TCP  127.0.0.1:31628 rr
TCP  172.17.0.1:31628 rr
TCP  192.168.248.10:31628 rr
TCP  10.244.0.0:31628 rr
TCP  10.244.0.1:31628 rr
UDP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.6:53                Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.7:53                Masq    1      0          0    

Service类型

Service的资源清单文件：

apiVersion: v1 # 版本
kind: Service # 类型
metadata: # 元数据
  name: # 资源名称
  namespace: # 命名空间
spec:
  selector: # 标签选择器，用于确定当前Service代理那些Pod
    app: nginx
  type: NodePort # Service的类型，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，默认值为None
  ports: # 端口信息
    - port: 8080 # Service端口
      protocol: TCP # 协议
      targetPort : # Pod端口
      nodePort:  # 主机端口
      
spec.type的说明：
● 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的支持。
● ExternalName：把集群外部的服务引入集群内部，直接使用

Service使用

在使用Service之前，首先利用Deployment创建出3个Pod，注意要为Pod设置app=nginx-pod的标签。

创建deployment.yml文件，内容如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: pc-deployment
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.17.1
          ports:
            - containerPort: 80

#创建Deployment
[root@master ~]# kubectl  create -f deployment.yml 
deployment.apps/pc-deployment created
    
#查看创建pod的情况
[root@master ~]# kubectl  get pod -n dev -o wide
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP             NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
pc-deployment-c848d767-nf6x2   1/1     Running   0          86s   10.244.1.130   node1   <none>           <none>
pc-deployment-c848d767-r54gk   1/1     Running   0          86s   10.244.1.131   node1   <none>           <none>
pc-deployment-c848d767-vpmr8   1/1     Running   0          86s   10.244.2.119   node2   <none>           <none>


#访问nginx服务
root@master ~]# curl 10.244.2.119:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
    body {
         35em;
        margin: 0 auto;
        font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif;
    }
</style>
....................
....................


#为了方便后面的测试，修改三台Nginx的index.html(三台修改的ip地址不一样)
# kubectl exec -it pc-deployment-c848d767-nf6x2 -n dev /bin/sh
# echo "10.244.1.130" > /usr/share/nginx/html/index.html

#访问测试
[root@master ~]# curl 10.244.1.131:80
10.244.1.131
[root@master ~]# curl 10.244.1.130:80
10.244.1.130
[root@master ~]# curl 10.244.2.119:80
10.244.2.119

ClusterIP类型的Service

创建service-clusterip.yml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: 10.97.97.97 # service的IP地址，如果不写，默认会生成一个
  type: ClusterIP
  ports:
    - port: 80 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口
      
#创建Service
[root@master ~]# kubectl create -f service-clusterip.yml
service/service-clusterip created


#查看Service
[root@master ~]# kubectl  get svc service-clusterip  -n dev
NAME                TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service-clusterip   ClusterIP   10.97.97.97   <none>        80/TCP    74s

#查看详情信息
[root@master ~]# kubectl describe svc service-clusterip  -n dev
Name:              service-clusterip
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                10.97.97.97
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.130:80,10.244.1.131:80,10.244.2.119:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>

# 查看ipvs映射规则
[root@master ~]# ipvsadm -Ln
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0
  
 #访问10.97.97.97:80观察效果
 [root@master ~]# curl 10.97.97.97:80
10.244.1.130
[root@master ~]# curl 10.97.97.97:80
10.244.2.119
[root@master ~]# curl 10.97.97.97:80
10.244.1.131

[root@master ~]# while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5;done;
10.244.1.130
10.244.2.119
10.244.1.131

负载分发策略

对Service的访问被分发到了后端的Pod上去，目前kubernetes提供了两种负载分发策略：

• 如果不定义，默认使用kube-proxy的策略，比如随机、轮询等。

• 基于客户端地址的会话保持模式，即来自同一个客户端发起的所有请求都会转发到固定的一个Pod上，这对于传统基于Session的认证项目来说很友好，此模式可以在spec中添加sessionAffinity: ClusterIP选项。

查看ipvs的映射规则，rr表示轮询：

[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  172.17.0.1:31628 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  192.168.248.11:31628 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.1:443 rr
  -> 192.168.248.10:6443          Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.6:53                Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.7:53                Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:9153 rr
  -> 10.244.0.6:9153              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.7:9153              Masq    1      0          0         
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.109.167.17:443 rr
  -> 192.168.248.12:443           Masq    1      0          0         
TCP  10.111.120.209:80 rr
TCP  10.244.1.0:31628 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.244.1.1:30317 rr
TCP  10.244.1.1:31628 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  127.0.0.1:30317 rr
TCP  127.0.0.1:31628 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  172.17.0.1:30317 rr
TCP  192.168.248.11:30317 rr
TCP  10.105.180.5:80 rr
  -> 10.244.1.130:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.1.131:80              Masq    1      0          0         
  -> 10.244.2.119:80              Masq    1      0          0         
TCP  10.244.1.0:30317 rr
UDP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.0.6:53                Masq    1      0          0         
  -> 10.244.0.7:53                Masq    1      0          0
  
# 修改分发策略
[root@master ~]# vim service-clusterip.yml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: 10.97.97.97 # service的IP地址，如果不写，默认会生成一个
  type: ClusterIP
  sessionAffinity: ClientIP # 修改分发策略为基于客户端地址的会话保持模式
  ports:
    - port: 80 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口
      
[root@master ~]# kubectl apply -f service-clusterip.yml 
Warning: kubectl apply should be used on resource created by either kubectl create --save-config or kubectl apply
service/service-clusterip configured

#循环测试访问
[root@master ~]# while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done;
10.244.1.130
10.244.1.130
10.244.1.130
10.244.1.130


#删除Service
[root@master ~]# kubectl delete -f service-clusterip.yml

HeadLiness类型的Service

在某些场景中，开发人员可能不想使用Service提供的负载均衡功能，而希望自己来控制负载均衡策略，针对这种情况，kubernetes提供了HeadLinesss Service，这类Service不会分配Cluster IP，如果想要访问Service，只能通过Service的域名进行查询

创建service-headliness.yml文件，内容如下

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-headliness
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: None # 将clusterIP设置为None，即可创建headliness Service
  type: ClusterIP
  ports:
    - port: 80 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口
      
#创建Service
[root@master ~]# kubectl  create -f service-headliness.yml 
service/service-headliness created

#查看Service
[root@master ~]# kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide
NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
service-headliness   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    27s   app=nginx-pod

#查看详情
[root@master ~]# kubectl describe svc service-headliness -n dev
Name:              service-headliness
Namespace:         dev
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          app=nginx-pod
Type:              ClusterIP
IP:                None
Port:              <unset>  80/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.130:80,10.244.1.131:80,10.244.2.119:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>

 查看域名解析情况

# 查看pod
[root@master ~]# kubectl get pod -n dev
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pc-deployment-c848d767-nf6x2   1/1     Running   0          50m
pc-deployment-c848d767-r54gk   1/1     Running   0          50m
pc-deployment-c848d767-vpmr8   1/1     Running   0          50m

#进入Pod中，执行cat /etc/resolv.conf命令
[root@master ~]# kubectl  exec -it pc-deployment-c848d767-nf6x2 -n dev /bin/sh
# cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.96.0.10
search dev.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local
options ndots:5

#通过Service的域名进行查询
[root@master ~]# yum install bind-utils -y 

[root@master ~]# dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-26.P2.el7_9.7 <<>> @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local
; (1 server found)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 7234
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 3, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;service-headliness.dev.svc.cluster.local. IN A

;; ANSWER SECTION:
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.244.1.131
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.244.2.119
service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN	A 10.244.1.130

;; Query time: 18 msec
;; SERVER: 10.96.0.10#53(10.96.0.10)
;; WHEN: 二 10月 19 16:49:41 CST 2021
;; MSG SIZE  rcvd: 237

NodePort类型的Service

在之前的案例中，创建的Service的IP地址只能在集群内部才可以访问，如果希望Service暴露给集群外部使用，那么就需要使用到另外一种类型的Service，称为NodePort类型的Service。NodePort的工作原理就是将Service的端口映射到Node的一个端口上，然后就可以通过NodeIP:NodePort来访问Service了。

创建service-nodeport.yml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort # Service类型为NodePort
  ports:
    - port: 80 # Service的端口
      targetPort: 80 # Pod的端口
      nodePort: 30002 # 指定绑定的node的端口（默认取值范围是30000~32767），如果不指定，会默认分配
      
# 创建service
[root@master ~]# kubectl create -f service-nodeport.yml
service/service-nodeport created

# 查看Service
[root@master ~]# kubectl get svc service-nodeport -n dev -o wide
NAME               TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTOR
service-nodeport   NodePort   10.100.49.233   <none>        80:30002/TCP   55s   app=nginx-pod

#访问
通过浏览器访问：http://192.168.248.11:30002即可访问对应的Pod。

LoadBalancer类型的Service

LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外部暴露一个端口，区别在于LoadBalancer会在集群的外部再来做一个负载均衡设备，而这个设备需要外部环境的支持，外部服务发送到这个设备上的请求，会被设备负载之后转发到集群中

ExternalName类型的Service

ExternalName类型的Service用于引入集群外部的服务，它通过externalName属性指定一个服务的地址，然后在集群内部访问此Service就可以访问到外部的服务了

创建service-externalname.yml文件，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: dev
spec:
  type: ExternalName # Service类型为ExternalName
  externalName: www.baidu.com # 改成IP地址也可以
  
# 创建Service
[root@master ~]# kubectl create -f service-externalname.yml
service/service-externalname created

#域名解析
[root@master ~]# dig @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local

; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-26.P2.el7_9.7 <<>> @10.96.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local
; (1 server found)
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS
;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 50343
;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 4, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; WARNING: recursion requested but not available

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;service-externalname.dev.svc.cluster.local. IN A

;; ANSWER SECTION:
service-externalname.dev.svc.cluster.local. 30 IN CNAME	www.baidu.com.
www.baidu.com.		30	IN	CNAME	www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com.	30	IN	A	14.215.177.39
www.a.shifen.com.	30	IN	A	14.215.177.38

;; Query time: 66 msec
;; SERVER: 10.96.0.10#53(10.96.0.10)
;; WHEN: 二 10月 19 17:06:37 CST 2021
;; MSG SIZE  rcvd: 247