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5-Service

资源编号:570049 热度：358

## Service

经过前面几节的练习，可能你会有一些疑惑：

* 为什么 pod 不就绪 (Ready) 的话，`kubernetes` 不会将流量重定向到该 pod，这是怎么做到的？
* 前面访问服务的方式是通过 `port-forword` 将 pod 的端口暴露到本地，不仅需要写对 pod 的名字，一旦 deployment 重新创建新的 pod，pod 名字和 IP 地址也会随之变化，如何保证稳定的访问地址呢？。
* 如果使用 deployment 部署了多个 Pod 副本，如何做负载均衡呢？

`kubernetes` 提供了一种名叫 `Service` 的资源帮助解决这些问题，它为 pod 提供一个稳定的 Endpoint。Service 位于 pod 的前面，负责接收请求并将它们传递给它后面的所有pod。一旦服务中的 Pod 集合发生更改，Endpoints 就会被更新，请求的重定向自然也会导向最新的 pod。

### ClusterIP

我们先来看看 `Service` 默认使用的 `ClusterIP` 类型，首先做一些准备工作，在之前的 `hellok8s:v2` 版本上加上返回当前服务所在的 `hostname` 功能，升级到 `v3` 版本。

``` go
package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
	"os"
)

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	host, _ := os.Hostname()
	io.WriteString(w, fmt.Sprintf("[v3] Hello, Kubernetes!, From host: %s", host))
}

func main() {
	http.HandleFunc("/", hello)
	http.ListenAndServe(":3000", nil)
}
```

`Dockerfile` 和之前保持一致，打包 `tag=v3` 并推送到远程仓库。

``` shell
docker build . -t guangzhengli/hellok8s:v3

docker push guangzhengli/hellok8s:v3
```

修改 deployment 的 `hellok8s` 为 `v3` 版本。执行 `kubectl apply -f deployment.yaml` 更新 deployment。

```yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:v3
          name: hellok8s-container
```

接下来是 `Service` 资源的定义，我们使用 `ClusterIP` 的方式定义 Service，通过 `kubernetes` 集群的内部 IP 暴露服务，当我们只需要让集群中运行的其他应用程序访问我们的 pod 时，就可以使用这种类型的Service。首先创建一个 service-hellok8s-clusterip.yaml` 文件。

``` yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-clusterip
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
  - port: 3000
    targetPort: 3000
```

首先通过 `kubectl get endpoints` 来看看 Endpoint。被 selector 选中的 Pod，就称为 Service 的 Endpoints。它维护着 Pod 的 IP 地址，只要服务中的 Pod 集合发生更改，Endpoints 就会被更新。通过 `kubectl get pod -o wide` 命令获取 Pod 更多的信息，可以看到 3 个 Pod 的 IP 地址和 Endpoints 中是保持一致的，你可以试试增大或减少 Deployment 中 Pod 的 replicas，观察 Endpoints 会不会发生变化。

```shell
kubectl apply -f service-hellok8s-clusterip.yaml

kubectl get endpoints
# NAME                         ENDPOINTS                                          AGE
# service-hellok8s-clusterip   172.17.0.10:3000,172.17.0.2:3000,172.17.0.3:3000   10s

kubectl get pod -o wide
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP           NODE 
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5   1/1     Running   0          112s   172.17.0.7   minikube 
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t   1/1     Running   0          112s   172.17.0.3   minikube
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r   1/1     Running   0          112s   172.17.0.2   minikube
# nginx                                  1/1     Running   0          112s   172.17.0.9   minikube

kubectl get service
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
# service-hellok8s-clusterip   ClusterIP   10.104.96.153   <none>        3000/TCP   10s
```

接着我们可以通过在集群其它应用中访问 `service-hellok8s-clusterip` 的 IP 地址 `10.104.96.153` 来访问 `hellok8s:v3` 服务。

这里通过在集群内创建一个 `nginx` 来访问 `hellok8s` 服务。创建后进入 `nginx` 容器来用 `curl` 命令访问 `service-hellok8s-clusterip` 。

```yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx
```

```shell
kubectl get pods
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r   1/1     Running   0          27m
# nginx                                  1/1     Running   0          41m

kubectl get service
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
# service-hellok8s-clusterip   ClusterIP   10.104.96.153   <none>        3000/TCP   10s

kubectl exec -it nginx-pod /bin/bash
# root@nginx-pod:/# curl 10.104.96.153:3000
# [v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r
# root@nginx-pod:/# curl 10.104.96.153:3000
#[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t
```

可以看到，我们多次 `curl 10.104.96.153:3000` 访问 `hellok8s` Service IP 地址，返回的 `hellok8s:v3` `hostname` 不一样，说明 Service 可以接收请求并将它们传递给它后面的所有 pod，还可以自动负载均衡。你也可以试试增加或者减少 `hellok8s:v3` pod 副本数量，观察 Service 的请求是否会动态变更。调用过程如下图所示：

![](http://oldmark.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2024/01/12/ad185f74-b129-11ee-87e8-0242ac120005/20e56d5038ce4dc381c6856bc145f50a.png)

除了上述的 `ClusterIp` 的方式外，Kubernetes `ServiceTypes` 允许指定你所需要的 Service 类型，默认是 `ClusterIP`。`Type` 的值包括如下：

- `ClusterIP`：通过集群的内部 IP 暴露服务，选择该值时服务只能够在集群内部访问。 这也是默认的 `ServiceType`。
- [`NodePort`](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#type-nodeport)：通过每个节点上的 IP 和静态端口（`NodePort`）暴露服务。 `NodePort` 服务会路由到自动创建的 `ClusterIP` 服务。 通过请求 `<节点 IP>:<节点端口>`，你可以从集群的外部访问一个 `NodePort` 服务。
- [`LoadBalancer`](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#loadbalancer)：使用云提供商的负载均衡器向外部暴露服务。 外部负载均衡器可以将流量路由到自动创建的 `NodePort` 服务和 `ClusterIP` 服务上。
- [`ExternalName`](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#externalname)：通过返回 `CNAME` 和对应值，可以将服务映射到 `externalName` 字段的内容（例如，`foo.bar.example.com`）。 无需创建任何类型代理。

### NodePort

我们知道`kubernetes` 集群并不是单机运行，它管理着多台节点即 [Node](https://kubernetes.io/docs/concepts/architecture/nodes/)，可以通过每个节点上的 IP 和静态端口（`NodePort`）暴露服务。如下图所示，如果集群内有两台 Node 运行着 `hellok8s:v3`，我们创建一个 `NodePort` 类型的 Service，将 `hellok8s:v3` 的 `3000` 端口映射到 Node 机器的 `30000` 端口 (在 30000-32767 范围内)，就可以通过访问 `http://node1-ip:30000` 或者 `http://node2-ip:30000` 访问到服务。

![](http://oldmark.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2024/01/12/b885dbca-b129-11ee-8917-0242ac120005/6552b2e6ed6d45f0a6b709320ef117bf.png)

这里以 `minikube` 为例，我们可以通过 `minikube ip` 命令拿到 k8s cluster node  IP地址。下面的教程都以我本机的 `192.168.59.100` 为例，需要替换成你的 IP 地址。

```shell
minikube ip
# 192.168.59.100
```

接着以 NodePort 的 ServiceType 创建一个 Service 来接管 pod 流量。通过`minikube` 节点上的 IP `192.168.59.100` 暴露服务。 `NodePort` 服务会路由到自动创建的 `ClusterIP` 服务。 通过请求 `<节点 IP>:<节点端口>` -- `192.168.59.100`:30000，你可以从集群的外部访问一个 `NodePort` 服务，最终重定向到 `hellok8s:v3` 的 `3000` 端口。

```yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
  - port: 3000
    nodePort: 30000
```

创建 `service-hellok8s-nodeport` Service 后，使用 `curl` 命令或者浏览器访问 `http://192.168.59.100:30000` 可以得到结果。

```shell
kubectl apply -f service-hellok8s-nodeport.yaml

kubectl get service
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
# service-hellok8s-nodeport    NodePort    10.109.188.161   <none>        3000:30000/TCP   28s

kubectl get pods
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r   1/1     Running   0          27m

curl http://192.168.59.100:30000
# [v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t

curl http://192.168.59.100:30000
# [v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5
```

### LoadBalancer

[`LoadBalancer`](https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/#loadbalancer) 是使用云提供商的负载均衡器向外部暴露服务。 外部负载均衡器可以将流量路由到自动创建的 `NodePort` 服务和 `ClusterIP` 服务上，假如你在 [AWS](https://aws.amazon.com) 的 [EKS](https://aws.amazon.com/eks/) 集群上创建一个 Type 为 `LoadBalancer`  的 Service。它会自动创建一个 ELB ([Elastic Load Balancer](https://aws.amazon.com/elasticloadbalancing)) ，并可以根据配置的 IP 池中自动分配一个独立的 IP 地址，可以供外部访问。

这里因为我们使用的是 `minikube`，可以使用 `minikube tunnel` 来辅助创建 LoadBalancer 的 `EXTERNAL_IP`，具体教程可以查看[官网文档](https://minikube.sigs.k8s.io/docs/handbook/accessing/#loadbalancer-access)，但是和实际云提供商的 LoadBalancer 还是有本质区别，所以 [Repository](https://github.com/guangzhengli/kubernetes_workshop) 不做更多阐述，有条件的可以使用 [AWS](https://aws.amazon.com) 的 [EKS](https://aws.amazon.com/eks/) 集群上创建一个 ELB ([Elastic Load Balancer](https://aws.amazon.com/elasticloadbalancing)) 试试。

下图显示 LoadBalancer 的 Service 架构图。

![](http://oldmark.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2024/01/12/c77f624a-b129-11ee-a760-0242ac120005/d1b5bdca52094d2da2d7533fdae401e5.png)