.NET Core + Kubernetes：Service

通過(guò) .NET Core + Kubernetes：Deployment 文章的介紹，我們可以通過(guò) Deployment 控制器快速創(chuàng)建一組 Pod 來(lái)提供服務(wù)，每個(gè) Pod 都會(huì)被分配一個(gè)集群內(nèi)可見(jiàn)的虛擬 IP 地址，然后通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的 Endpoint（Pod IP + ContainerPort）進(jìn)行訪問(wèn)。但在提供服務(wù)時(shí)，并不能依賴(lài) Pod 的 Endpoint，首先 Pod IP 會(huì)隨著 Pod 的重建而變化，另外同一組 Pod 更希望是以整體對(duì)外提供高可用服務(wù)，組內(nèi)的 Pod 在進(jìn)行動(dòng)態(tài)伸縮、滾動(dòng)更新等操作后并不能影響服務(wù)穩(wěn)定性。

因此，Kubernetes 中的 Service 對(duì)象就是解決此問(wèn)題的核心，Service 代理 Pod 集合對(duì)外表現(xiàn)是為一個(gè)訪問(wèn)入口，它提供了一個(gè)虛擬的 IP 地址（ClusterIP）和端口，來(lái)自 ClusterIP + 端口 的請(qǐng)求將被負(fù)載均衡器 （kube-proxy）轉(zhuǎn)發(fā)到后端某個(gè) Pod 中的容器。所以借助 Service 的能力，非常方便的實(shí)現(xiàn)了服務(wù)發(fā)現(xiàn)與負(fù)載均衡。

本文將主要介紹 Kubernetes 中各 Service 類(lèi)型的使用，目前有以下四種類(lèi)型：

  • ClusterIP：默認(rèn)類(lèi)型，自動(dòng)分配一個(gè)僅集群內(nèi)部可以訪問(wèn)的虛擬 IP，也可使用 ClusterIP 字段指定固定 IP，選擇此類(lèi)型意味著只想這個(gè)服務(wù)在集群內(nèi)部才可以被訪問(wèn)

  • NodePort：在 ClusterIP 基礎(chǔ)上，在集群的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)綁定一個(gè)端口，這樣就可以通過(guò)任意的 <NodeIP>:NodePort 來(lái)訪問(wèn)服務(wù)

  • LoadBalancer：在 NodePort 的基礎(chǔ)上，通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)外部的負(fù)載均衡器，將流量轉(zhuǎn)發(fā)到每個(gè)節(jié)點(diǎn) <NodeIP>:NodePort。因?yàn)槿绻獠克锌蛻舳硕荚L問(wèn)一個(gè) NodeIP，該節(jié)點(diǎn)的壓力將會(huì)很大，LoadBalancer 則可解決此問(wèn)題

  • ExternalName：把集群外部的服務(wù)引入到集群內(nèi)部來(lái)，在集群內(nèi)部直接使用。沒(méi)有任何類(lèi)型代理被創(chuàng)建，這只有 kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支持

下面分別對(duì)這幾種類(lèi)型的使用方式進(jìn)行介紹，在創(chuàng)建 Service 之前，還是先通過(guò) Deployment 控制器創(chuàng)建一組 Pod，配置文件 k8sdemo-deployment.yaml 如下：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: k8sdemo-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      name: k8sdemo
  template:
    metadata:
      labels:
        name: k8sdemo
    spec:
      containers:
      - name: k8sdemo
        image: beckjin/k8sdemo:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 80
        imagePullPolicy: IfNotPresent

ClusterIP 類(lèi)型

創(chuàng)建 k8sdemo-service.yaml 文件，配置如下，主要是 ports 和 selector 字段的設(shè)置，指定了 80 端口（port） 映射到 Pod ContainerPort （targetPort） 端口，最終將通過(guò) ClusterIP:80 訪問(wèn)服務(wù)。selector 字段指定將 label 含 name:k8sdemo 的 Pod 作為這個(gè) Service 指向的目標(biāo)服務(wù)。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: k8sdemo-service
spec:
  ports:
  - port: 80                 # Service Port
    targetPort: 80           # Pod ContainerPort
  selector:
    name: k8sdemo
   # clusterIP: 10.1.19.92   # 取消注釋指定IP

執(zhí)行命令 kubectl apply -f k8sdemo-service.yaml 創(chuàng)建 Service，然后通過(guò) kubectl get service 查看服務(wù)狀態(tài)：

從上圖可以看出 k8sdemo-service 被分配的 ClusterIP 是 10.1.19.96，所以可以在服務(wù)器上通過(guò) curl http://10.1.19.96/WeatherForecast 來(lái)訪問(wèn)接口。

因?yàn)?ClusterIP 默認(rèn)是自動(dòng)分配的，所以每次重建會(huì)變化，如果需要固定，可通過(guò) ClusterIP 字段設(shè)置。對(duì)于只需在集群內(nèi)部提供的服務(wù)，ClusterIP 類(lèi)型已足夠。

NodePort 類(lèi)型

基于 ClusterIP 類(lèi)型中使用的配置文件 k8sdemo-service.yaml，增加 type: NodePort 配置，重新創(chuàng)建 Service，如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: k8sdemo-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    # nodePort: 30080   # 取消注釋指定端口
  selector:
    name: k8sdemo
  type: NodePort

從上圖可以看出，除了類(lèi)型變了， PORT(S）也變成了 80:30231/TCP，即將 Service 的 80 端口與集群中各節(jié)點(diǎn)的 30231 端口進(jìn)行映射，所以最終可以通過(guò)集群內(nèi)任意的 NodeIP:30231 來(lái)訪問(wèn)，整個(gè)過(guò)程為：Client > NodeIP:NodePort > ClusterIP:ServicePort > PodIP:ContainerPort。NodePort 默認(rèn)分配的是 30000-32767 范圍內(nèi)隨機(jī)選擇的一個(gè)端口，實(shí)際使用時(shí)可以通過(guò) nodePort 字段指定。請(qǐng)求結(jié)果如下：

注：192.168.124.10 是集群內(nèi)某一臺(tái)的 IP

LoadBalancer 類(lèi)型

通過(guò) NodePort 類(lèi)型的使用介紹，已經(jīng)了解可以通過(guò) NodeIP:NodePort 方式來(lái)服務(wù)訪問(wèn)，而且 NodeIP 可以是集群內(nèi)任意任何一臺(tái)的 IP。而 LoadBalancer 則是在外層附加的負(fù)載均衡器，使請(qǐng)求能分?jǐn)偟郊簝?nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

MetalLB 搭建

要使用 LoadBalancer 類(lèi)型會(huì)稍微復(fù)雜一些，并不能只單純的修改配置文件，因?yàn)橐话阕越ǖ?Kubernetes 集群默認(rèn)并不支持 LoadBalancer，所以它需要借助外部的負(fù)載均衡器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里將使用 MetalLB (v0.9.3)，安裝請(qǐng)參考 Installation By Manifest ，步驟不復(fù)雜，但需要確保依賴(lài)鏡像下載順利，完成后查看 Pod 狀態(tài)：

另外需要為 Metallb 設(shè)置地址池以及協(xié)議相關(guān)配置，Metallb 會(huì)監(jiān)控服務(wù)對(duì)象的變化，當(dāng)有新的 LoadBalancer 服務(wù)運(yùn)行，但沒(méi)有可申請(qǐng)的負(fù)載均衡器時(shí)，就會(huì)從配置的地址池中分配一個(gè)給該服務(wù)。這里以 Metallb Layer2 工作模式為例（Metallb 支持 Layer2/BGP 兩種工作模式），創(chuàng)建一個(gè)資源類(lèi)型為 ConfigMap 的配置文件 metallb-layer2-config.yaml，內(nèi)容如下：

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  namespace: metallb-system
  name: config
data:
  config: |
    address-pools:
    - name: default
      protocol: layer2
      addresses:
      - 192.168.124.200-192.168.124.210  # IP 地址范圍需與自己的集群環(huán)境對(duì)應(yīng)

Layer2 工作模式原理圖：

配置修改

有了以上的準(zhǔn)備工作后，只需要在 Service 配置文件將 type 修改為 LoadBalancer ，然后重新創(chuàng)建 Service，如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: k8sdemo-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    name: k8sdemo
  type: LoadBalancer

從上圖可以看出，TYPE 已是 LoadBalancer，另外 EXTERNAL-IP 被分配為地址池中的 192.168.124.200，接下來(lái)就可以通過(guò)這個(gè) IP 進(jìn)行訪問(wèn)了，結(jié)果如下：

ExternalName

ExternalName 類(lèi)型比較特殊，它沒(méi)有 selector，也沒(méi)有定義任何的端口， 對(duì)于運(yùn)行在集群外部的服務(wù)，它通過(guò)返回該外部服務(wù)的別名這種方式來(lái)提供服務(wù)，如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: k8sdemo-external-service
spec:
  type: ExternalName
  externalName: mingdao.com

當(dāng)訪問(wèn) k8sdemo-external-service.default.svc.cluster.local 時(shí)，集群的 DNS 服務(wù)將返回值為 mingdao.com 的 CNAME 記錄，訪問(wèn)這種類(lèi)型的服務(wù)與其它的唯一不同的是重定向發(fā)生在 DNS 層，而且不會(huì)進(jìn)行代理或轉(zhuǎn)發(fā)。

進(jìn)入 Kubernetes 集群的任意一個(gè) Pod 中（必須是集群內(nèi)部才可訪問(wèn)），如： kubectl exec -it k8sdemo-deployment-68cb864ff6-fzzdq -- /bin/bash，執(zhí)行 curl -L http://k8sdemo-external-service.default.svc.cluster.local/ 即會(huì)重定向請(qǐng)求到 mingdao.com，結(jié)果如下：

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