K8s service 进阶

Service 工作逻辑

Service 通过持续监控APIServer，监视Service标签选择器所匹配的后端Pod，并实时跟踪这些Pod对象的变动情况。

Service 与Pod 之间还有一个中间件 Endpoints， Endpoint 来管理pod 的 address 和 port

整个默认访问链路为: Service -> Endpoint --iptables–> pod

Service 具体实现

在Kubernetes中，service只是抽象的一个概念，真正起作用实现负载均衡规则的其实是Kube-Proxy这个进程。它在每个节点上都需要运行一个kube-Proxy，用来完成负载均衡规则的创建。

1. 创建Service资源后，会分配一个随机的ServiceIP，返回给用户，然后写入etcd;
2. endpoints controller负责生成和维护所有endpoints，它会监听Service和pod的状态，当 pod 处于running 且准备就绪
时，endpoints controller会将 pod ip更新到对应Service的 endpoints 对象中，然后写入Etcd;
3. kube-proxy通过API-Server监听Service、Endpoints的资源变动，一旦Service或Endpoints资源发生变化，Kube-Proxy会将最新的信息转换为对应的Iptables、IPVS访问规则，而后在本地主机上执行。
4. 当客户端想要访问Service的时候，其实访问的就是本地节点上的iptables、IPVS规则，由它们路由到对应节点；

Service 资源类型

ClusterIP

• 定义：ClusterIP是Kubernetes中的默认Service类型，它在集群内部提供一个虚拟IP，作为一组Pod的访问入口。
• 特点：
  • 仅为集群内部提供访问。
  • 通过标签选择器（Label Selector）与一组Pod关联。
  • 提供负载均衡功能，支持轮询或随机策略。
  • 支持会话亲和性（Session Affinity），如ClientIP，以确保来自同一客户端的请求被转发到同一Pod。
• 用途：适用于集群内部服务间的通信，确保服务的稳定性和可访问性。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata: name: demo-svc-clusterip
spec:type: ClusterIP  # 默认类型clusterIP:  10.96.1.1  # 设置ipselector:app: webports:- name: httpport: 80targetPort: 80

NodePort

• 定义：NodePort类型在所有节点上打开一个特定的端口，外部流量可以通过<NodeIP>:<NodePort>的方式访问Service。
• 特点：
  • 允许外部访问集群内的服务。
  • Kubernetes在30000-32767范围内自动为每个NodePort类型的Service分配一个端口。
  • 与ClusterIP类似，也提供负载均衡和会话亲和性支持。
• 用途：适用于需要从集群外部访问服务的场景，如临时测试、开发环境等。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: demo-svc-nodeport
spec:type: NodePortselector:app: webports:- name: httpport: 80   # Service 的porttargetPort: 80  # Pod 的 portnodePort: 32001 

LoadBalancer

• 定义：LoadBalancer类型基于NodePort实现，但进一步通过云服务商提供的负载均衡器将流量分发到各个Node。

• 特点：

  • 适用于公有云环境，如AWS、Azure、GCE等。
  • 外部流量通过云服务商的负载均衡器转发到集群内的Service。
  • 提供高可用性、可扩展性和负载均衡等特性。

• 用途：适用于生产环境中需要高可用性和可扩展性的服务。

ExternalName

• 定义：ExternalName类型将Service映射到集群外部的DNS名称，而不是提供一个虚拟IP或端口。
• 特点：
  • 不进行kube-proxy代理或流量转发。
  • 允许集群内的Pod通过Service名称直接访问外部服务。
• 用途：适用于需要将Kubernetes集群内的服务与外部服务（如数据库、消息队列等）集成的场景。通过ExternalName，Pod可以像访问集群内服务一样访问外部服务，简化配置和管理。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: demo-svc-externalname
spec:type: ExternalNameexternalName: www.baidu.com

Service 与 Endpoint

Endpoint 与 容器探针

Service对象借助Endpoint资源来跟踪其关联的后端端点，Endpoint对象会根据Service标签选择器筛选出的后端端点的IP地址分别保存在subsets.address字段和subsets.notReady Address字段中，它通过APIServer持续、动态跟踪每个端点的状态变化，并即使反应到端点IP所属的字段中。

• subsets.address：保存就绪的容器IP，也就意味着service可以直接将请求调度至该地址段。
• subsets.notReadyAddress：保存末就绪容器IP，也就意味着service不会将请求调度至该地址段。

自定义Endpoint

service通过selector和pod建立关联，K8s会根据service关联到的pOdIP信息组合成一个endpoint。若service定义中没有selector字段，service被创建时，endpoint controller不会自动创建endpoint。

我们可以通过配置清单创建Service，而无需使用标签选择器，而后自行创建一个同名的endpoint对象，指定对应的IP。这种一般用于将外部MySQL\Redis等应用引1入KUbernetes集群内部，让内部通过Service的方式访问外部资源。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: mysql-external
spec:type: ClusterIPports:- port: 3366                  # 负载均衡的对外端口targetPort: 3306            # 后端MySQL的端口---
apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:name: mysql-external
subsets:- addresses:- ip: 10.0.0.206#- ip: 10.0.0.205ports:- protocol: TCPport: 3306               # 定义后端的端口是多少

Service 相关字段

sessionAffinity

如果要将来自特定客户端的链接调度到同一Pod，可以通过sessionAffinity 基于客户端 IP 地址进行会话保持。还可以通过设置最大会话停留时间(默认10800秒，3个小时)

apiVersion: v1
kind: Service
metadata: name: session-svc
spec:type: NodePortselector:role: webports:- name: httpprotocol: TCPport: 80targetPort: 80  sessionAffinity:  ClientIp  # 配置 sessionAffinity 策略，默认为 NonesessionAffinityConfig:clientIP:timeoutSeconds: 60   # 设置最大会话时长

externalTrafficPolicy

外部流量策略：当外部用户通过NodePort请求Service，是将外部流量路由到本地节点上的Pod，还是路由到集群范围的Pod：

• cluster（默认）：将用户请求路由到集群范国的所有Pod节点，具有良好的整体负载均衡。
• Local：仅会将流量调度至请求的目标节点本地运行的Pod对象之上，以减少网络跳跃，降低网络延迟，但当请求指向的节点本地不存在目标Service相关的Pod对象时直接丢弃该报文。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata: name: session-svc
spec:type: NodePortselector:role: webports:- name: httpprotocol: TCPport: 80targetPort: 80externalTrafficPolicy: LocalsessionAffinity:  ClientIp  # 配置 sessionAffinity 策略，默认为 NonesessionAffinityConfig:clientIP:timeoutSeconds: 60   # 设置最大会话时长

internalTrafficPolicy

本地流量策略：当本地Pod对Service发起访问时，是将流量路由到本地节点上的Pod，还是路由到集群范国的Pod：

• cluster（默认）：将Pod的请求路由到集群范国的所有Pod节点，具有良好的整体负载均衡。
• Local：将请求路由到与发起方处于相同节点的端点，这种机制有助手节省开销，提升效率。但当请求指向的节点本地不存在目标service相关的Pod对象时直接丟弃该报文。

注意：在一个Service上，当externalTrafficPolicy已设置为Local时，internalTrafficPolicy则无法使用。换句话说，在一个集群的不同 Service 上可以同时使用这两个特性，但在一个Service 上不行

apiVersion: v1
kind: Service
metadata: name: session-svc
spec:type: NodePortselector:role: webports:- name: httpprotocol: TCPport: 80targetPort: 80internalTrafficPolicy: Local

publishNotReadyAddresses

pubishNotReadyAddresses: 表示Pod就绪探针探测失败，也不会将失败的PodIP 加入到NotReadyAddresses列表中

apiVersion: v1
kind: Service
metadata: name: session-svc
spec:type: NodePortselector:role: webports:- name: httpprotocol: TCPport: 80targetPort: 80pubishNotReadyAddresses: true