深入解析service
- 一、概念
- 二、什么是service?
- 三、Service 的核心功能
- 服务发现与负载均衡
- 服务抽象
- 多类型暴露
- 健康检查与自动摘除
- DNS 解析
- 四、Service 类型
- 五、Service 实现机制
- 1.Service 实现主要依赖两个组件：
- 2.Kubernetes 提供了多种负载均衡算法
- 六、Service 实战应用
- 1.Web 应用负载均衡
- 2.微服务架构负载均衡
- 3.数据库服务负载均衡（==不建议==）
- 核心功能大总结
一、概念
Service主要用于提供网络服务，通过Service的定义，能够为客户端
应用提供稳定的访问地址（域名或IP地址）和负载均衡功能，以及屏蔽
后端Endpoint的变化，它是Kubernetes实现微服务的核心资源。
本章对Service的概念、负载均衡机制、多端口号、外部服务、暴露到集群外、
支持的网络协议、服务发现机制、Headless Service、端点分片和服务拓
扑等内容进行认识学习。
简单来说，这篇文章重点讲负载均衡在service中的实现
二、什么是service?
Service 是一种抽象概念，用于定义一组 Pod 的访问入口。它就像一个虚拟的代理，将来自外部的请求转发到后端 Pod 的集合中。
再理解一遍：Service是一个抽象层，它定义了一种访问和暴露一组运行在Pods中的应用的方法。Service能够提供负载均衡和服务发现，让客户端无需关心后端Pod的复杂性。
三、Service 的核心功能
服务发现与负载均衡
- Kubernetes Service 为一组具有相同标签（label）的 Pod 提供了一个稳定的网络入口点。通过定义 Service，Kubernetes 会在集群内部为 Service 分配一个固定的 ClusterIP，客户端只需通过这个 IP 地址就可以访问到背后的所有 Pod。
- Service 提供了一种抽象层，可以实现负载均衡，将客户端请求均匀地分布到后端关联的多个 Pod 上，从而提高系统的可靠性和性能。
服务抽象
-
Service 将一组具有相同功能的 Pod 抽象成一个单一的服务实体，隐藏了底层的 Pod 实例变化，如 Pod 的创建、销毁、扩容、缩容等操作都不会影响客户端对服务的访问。
网络代理： -
Kubernetes 通过 iptables 规则或者 kube-proxy 组件实现代理功能，透明地将到达 Service ClusterIP 的流量转发到后端的 Pod 上。
多类型暴露
- Kubernetes Service 支持多种类型的暴露方式，如 ClusterIP（仅集群内部访问）、NodePort（通过节点端口暴露到集群外部）、LoadBalancer（借助云提供商的负载均衡器暴露到公网）以及 ExternalName（将 Service 映射到外部 DNS 名称）。
健康检查与自动摘除
-
当 Service 与 Endpoint Controller 结合使用时，能够自动跟踪后端 Pod 的健康状态，并将不健康的 Pod 从服务负载均衡列表中移除，直到其恢复正常。
Session Affinity（会话保持）： -
对于部分需要会话一致性的应用，Service 支持客户端 IP 会话保持，确保来自同一客户端的请求始终路由到相同的后端 Pod。
DNS 解析
- Kubernetes 为每个 Service 自动生成 DNS 记录，使得集群内部的其他 Pod 或 Service 可以通过域名而非 IP 地址来访问它。
四、Service 类型
Kubernetes 提供了四种类型的 Service：
ClusterIP: 默认的服务类型，将 Service 暴露在集群内部，只能在集群内部访问。
NodePort: 将 Service 暴露在所有节点的指定端口上，可以通过节点 IP 地址访问。
LoadBalancer: 创建一个外部负载均衡器，将 Service 暴露到外部网络。
ExternalName: 将 Service 映射到外部 DNS 名称上，无需创建负载均衡器。
| Service 类型 | 特性 | 示例 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| ClusterIP | - 默认类型 - 只能在集群内部访问 - Kubernetes 分配一个唯一的集群内部 IP 地址 | type: ClusterIP | - 内部服务间通信 - 不需要外部访问的中间件或后台服务 |
| NodePort | - 在每个节点上打开一个静态端口 - 可通过 <NodeIP>:<NodePort> 从集群外部访问 | type: NodePortspec.ports[0].nodePort: 30080 | - 开发和测试环境下的简单外部访问 - 不需要复杂负载均衡配置的小规模应用 |
| LoadBalancer | - 创建一个外部负载均衡器（如 AWS ELB、GCP Load Balancer） - 自动分配公网 IP 地址 - 负载均衡到后端 Pods | type: LoadBalancerspec.loadBalancerIP: X.X.X.X（可选固定公网 IP） | - 需要公开访问的生产环境应用 - 高可用和负载均衡要求较高的大规模服务 |
| ExternalName | - 不创建任何代理或端口映射 - 服务名解析为指定的外部 DNS 名称 | type: ExternalNamespec.externalName: some.externaldns.name | - 与集群外部服务集成 - 使用外部服务作为内部服务的一部分 |
示例代码：
- ClusterIP 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: internal-service
spec:type: ClusterIPselector:app: MyAppports:- name: httpport: 80targetPort: 8080
- NodePort 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nodeport-service
spec:type: NodePortselector:app: MyAppports:- name: httpport: 80targetPort: 8080nodePort: 30080
- LoadBalancer 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: load-balancer-service
spec:type: LoadBalancerselector:app: MyAppports:- name: httpport: 80targetPort: 8080# 可选，指定预设的负载均衡器IP# loadBalancerIP: X.X.X.X
- ExternalName 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: external-database-service
spec:type: ExternalNameexternalName: some.database.example.com
五、Service 实现机制
1.Service 实现主要依赖两个组件：
Endpoints: Endpoints 是由 kube-proxy 维护的一个动态更新的资源，其中包含了后端 Pod 的服务地址和端口号信息。
Selectors: Selectors 是 Service 中定义的标签匹配规则，用于选择后端 Pod。
当客户端向 Service 发送请求时，kube-proxy 会根据 Service 的 Selectors 筛选出匹配的后端 Pod，并从 Endpoints 中获取这些 Pod 的服务地址和端口号信息。
然后，kube-proxy 会将请求转发到其中一个 Pod 上，具体选择哪个 Pod 取决于所使用的负载均衡算法。
2.Kubernetes 提供了多种负载均衡算法
Round Robin: 轮询算法，将请求均匀地分配到所有可用的后端 Pod 上。
Random: 随机算法，随机选择一个后端 Pod 进行转发。
Least Connections: 最少连接算法，将请求转发到连接数最少的 Pod 上。
Source IP: 源 IP 算法，根据客户端的 IP 地址将请求转发到特定的 Pod 上。
ExternalTraffic: 外部流量算法，将来自外部集群的流量转发到特定的 Pod 上。
六、Service 实战应用
1.Web 应用负载均衡
将多个 Web Pod 部署在 Service 后面，实现负载均衡，提升 Web 应用的性能和可用性。
对于Web应用，通常我们会创建多个副本（Pod）并通过Service实现负载均衡。以下是一个简化的示例，首先创建一个Deployment以部署多个Web应用Pod，然后创建一个Service进行负载均衡。
Deployment YAML示例：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: web-app-deployment
spec:replicas: 3 # 设置三个副本selector:matchLabels:app: web-apptemplate:metadata:labels:app: web-appspec:containers:- name: web-containerimage: your-web-app-image:latestports:- containerPort: 80 # 假设应用监听80端口
Service YAML示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: web-app-service
spec:type: ClusterIP # 或者 LoadBalancer，取决于是否需要公开到集群外部selector:app: web-app # 与Deployment的标签匹配ports:- port: 80 # Service监听的端口targetPort: 80 # Pod上对应的目标端口
微服务架构:
2.微服务架构负载均衡
将微服务架构中的各个服务封装成 Service，实现服务发现和负载均衡，方便服务之间的调用和通信。
在微服务架构中，每个服务都会有自己的Service。例如，假设有一个订单服务（order-service）需要被其他服务调用：
订单服务Deployment YAML示例：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: order-service-deployment
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: order-servicetemplate:metadata:labels:app: order-servicespec:containers:- name: order-containerimage: your-order-service-image:latestports:- containerPort: 8080 # 假设订单服务监听8080端口
订单服务Service YAML示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: order-service-service
spec:type: ClusterIPselector:app: order-serviceports:- port: 8080 # Service监听的端口targetPort: 8080 # Pod上对应的目标端口
3.数据库服务负载均衡（不建议）
将数据库 Pod 部署在 Service 后面，实现负载均衡，避免单个数据库 Pod 成为性能瓶颈。
对于数据库服务，虽然通常不会进行传统的负载均衡（因为大多数数据库不支持横向扩展写操作）
但在高可用场景下，可以将多个数据库Pod组成一个ReplicaSet，并通过Service对外暴露，但这里的负载均衡主要是为了故障转移和读操作分发。
MySQL主从副本StatefulSet YAML示例：
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:name: mysql-replicas
spec:serviceName: mysql-service # 创建对应的Servicereplicas: 3 # 例如，两主一从...
MySQL服务Service YAML示例（仅针对读操作负载均衡）：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: mysql-service-read-only
spec:type: ClusterIPselector:app: mysql-replicasports:- port: 3306 # MySQL服务端口sessionAffinity: ClientIP # 可以开启客户端IP会话保持，使得同一个客户端IP的读请求总是发送到同一个后端Pod
核心功能大总结
| 功能项 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| 服务发现 | Kubernetes Service 提供了一个静态的ClusterIP，让Pod能够通过该地址访问相关服务。 | 创建名为web-service的Service，指向所有标签为app=web的Pod，集群内部其他Pod可通过web-service.default.svc.cluster.local访问。 |
| 负载均衡 | Service能将流入的请求分散到后端关联的多个Pod上，实现负载均衡。 | web-service背后有3个副本的web-appPods，Service将请求均匀分配到各个Pod上。 |
| 服务抽象 | 隐藏具体Pod实例的变化，对外表现为统一服务实体。 | 扩容或缩容web-app的副本数，客户端仍继续通过web-service访问不变。 |
| 网络代理 | 使用iptables或kube-proxy实现网络流量的透明转发。 | 客户端请求到10.0.0.1:80（web-service的ClusterIP），被转发至某个Pod的8080端口。 |
| 多类型暴露 | 支持不同级别的服务暴露方式。 | - ClusterIP（默认，只在集群内部可见，例如ClusterIP: 10.0.0.1） |
- NodePort（将服务映射到每个节点上的特定端口，例如NodePort: 30001） | ||
- LoadBalancer（在云环境上创建外部负载均衡器，如ExternalIP: x.x.x.x） | ||
- ExternalName（映射到外部DNS记录，如CNAME: example.com） | ||
| 健康检查 | 自动检测后端Pod健康状况并更新负载均衡池。 | 若web-app中某个Pod故障，Endpoint Controller将其从web-service的后端实例列表中移除。 |
| 会话保持 | 支持基于客户端IP的会话保持策略。 | 设置sessionAffinity: ClientIP，确保同一客户端请求在会话有效期内均发送到同一Pod处理。 |
以上是对Kubernetes Service核心功能的表格，实际应用中，可以通过编写YAML文件来定义Service资源，比如：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: web-service
spec:selector:app: webports:- port: 80targetPort: 8080type: ClusterIPsessionAffinity: ClientIP
在这个例子中，我们定义了一个类型为ClusterIP的服务web-service，它选择标签为app=web的Pod，并且启用了基于客户端IP的会话保持。
