Kubernetes（k8s）kube-proxy、Service详解-六虎

一、kube-proxy简介

kube-proxy担任为Service供给cluster内部的服务发现和负载均衡，它运转在每个Node计算节点上，担任Pod网络署理, 它会定时从etcd服务获取到service信息来做相应的战略，维护网络规矩和四层负载均衡作业。在K8s集群中微服务的负载均衡是由Kube-proxy完结的，它是K8s集群内部的负载均衡器，也是一个分布式署理服务器，在K8s的每个节点上都有一个，这一规划表现了它的伸缩性优势，需求拜访服务的节点越多，供给负载均衡才能的Kube-proxy就越多，高可用节点也随之增多。

service是一组pod的服务笼统，相当于一组pod的LB，担任将恳求分发给对应的pod。service会为这个LB供给一个IP，一般称为cluster IP。kube-proxy的作用主要是担任service的完结，具体来说，便是完结了内部从pod到service和外部的从node port向service的拜访。

简单来说:

kube-proxy其实便是办理service的拜访进口，包括集群内Pod到Service的拜访和集群外拜访service。
kube-proxy办理sevice的Endpoints，该service对外露出一个Virtual IP，也成为Cluster IP, 集群内经过拜访这个Cluster IP:Port就能拜访到集群内对应的serivce下的Pod。
service是经过Selector选择的一组Pods的服务笼统，其实便是一个微服务，供给了服务的LB和反向署理的才能，而kube-proxy的主要作用便是担任service的完结。
service另外一个重要作用是，一个服务后端的Pods或许会跟着生存灭亡而产生IP的改动，service的呈现，给服务供给了一个固定的IP，而无视后端Endpoint的变化。

二、Service 简介

Kubernetes Service界说了这样一种笼统： Service是一种能够拜访 Pod逻辑分组的战略， Service通常是经过 Label Selector拜访 Pod组。

Service能够供给负载均衡的才能，可是在运用上有以下限制：只供给 4 层负载均衡才能，而没有 7 层功用，但有时我们或许需求更多的匹配规矩来转发恳求，这点上 4 层负载均衡是不支撑的。

三、Service 类型

Service在 K8s中有以下四种类型：

1）ClusterIp（集群内部运用）

默许类型，主动分配一个仅Cluster内部能够拜访的虚拟IP（VIP）。

2）NodePort（对外露出运用）

在ClusterIP基础上为Service在每台机器上绑定一个端口，这样就能够经过NodeIP:NodePort拜访来拜访该服务。端口规模：30000~32767

3）LoadBalancer（对外露出运用，适用于公有云）

在NodePort的基础上，借助Cloud Provider创立一个外部负载均衡器，并将恳求转发到NodePort。

4）ExternalName

创立一个dns别名指到service name上，主要是防止service name产生变化，要配合dns插件运用。经过回来 CNAME 和它的值，能够将服务映射到 externalName 字段的内容。这只有 Kubernetes 1.7或更高版别的kube-dns才支撑（我这儿是Kubernetes 1.22.1版别）。

四、Service 作业流程

客户端拜访节点时经过 iptables完结的
iptables规矩是经过 kube-proxy写入的
apiserver经过监控 kube-proxy去进行对服务和端点的监控
kube-proxy经过 pod的标签（ lables）去判断这个断点信息是否写入到 Endpoints里

五、Endpoints简介

endpoint是k8s集群中的一个资源目标，存储在etcd中，用来记录一个service对应的一切pod的拜访地址。service装备selector，endpoint controller才会主动创立对应的endpoint目标；否则，不会生成endpoint目标。

【例如】k8s集群中创立一个名为hello的service，就会生成一个同名的endpoint目标，ENDPOINTS便是service关联的pod的ip地址和端口。

1）作业流程

一个 Service 由一组 backend Pod 组成。这些 Pod 经过 endpoints 露出出来。 Service Selector 将继续评估，成果被 POST 到一个名称为 Service-hello 的 Endpoint 目标上。当 Pod 停止后，它会主动从 Endpoint 中移除，新的能够匹配上 Service Selector 的 Pod 将主动地被添加到 Endpoint 中。检查该 Endpoint，留意到 IP 地址与创立的 Pod 是相同的。现在，能够从集群中恣意节点上运用 curl 命令恳求 hello Service <CLUSTER-IP>:<PORT> 。

2）示例

1、deployment-hello.yaml

$ cat << EOF > deployment-hello.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hello
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
     run: hello
  template:
    metadata:
      labels:
        run: hello
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
EOF

2、service-hello.yaml

$ cat << EOF > service-hello.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hello
  labels:
  name: service-hello
spec:
  type: NodePort      #这儿代表是NodePort类型的,另外还有ingress,LoadBalancer
  ports:
  - port: 80          
    targetPort: 8080
    protocol: TCP
    nodePort: 31111   # 一切的节点都会开放此端口30000--32767，此端口供外部调用。
  selector:
    run: hello
EOF

3、检查验证

$ kubectl apply -f deployment-hello.yaml
$ kubectl apply -f service-hello.yaml
# 检查pod，假如本地没有镜像，或许等候的时分比较长，必定要比及一切pod都在运转中才行。
$ kubectl get pod -o wide|grep hello-*
# 检查service
$ kubectl get service service-hello -o wide
# 检查service详情
$ kubectl describe service service-hello
# 检查pointer
$ kubectl get endpoints service-hello

六、Service, Endpoints与Pod的联系

Kube-proxy进程获取每个Service的Endpoints,完结Service的负载均衡功用。

Service的负载均衡转发规矩

拜访Service的恳求，不论是Cluster IP+TargetPort的方法；仍是用Node节点IP+NodePort的方法，都被Node节点的Iptables规矩重定向到Kube-proxy监听Service服务署理端口。kube-proxy接收到Service的拜访恳求后，根据负载战略，转发到后端的Pod。

七、Service的资源清单文件详解

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
#元数据
  name: string
  #Service名称
  namespace: string
  #命名空间，不指定时默许为default命名空间
  labels:
  #自界说标签属性列表     
    - name: string
  annotations:
  #自界说注解属性列表    
    - name: string
spec:
#具体描述    
  selector: []
  #这儿选择器必定要选择容器的标签，也便是pod的标签
  #selector:
  #  app: web
  #Label Selector装备，选择具有指定label标签的pod作为办理规模
  type: string
  #service的类型，指定service的拜访方法，默许ClusterIP
  #ClusterIP：虚拟的服务ip地址，用于k8s集群内部的pod拜访，在Node上kube-porxy经过设置的iptables规矩进行转发
  #NodePort：运用宿主机端口，能够拜访各Node的外部客户端经过Node的IP和端口就能拜访服务器
  #LoadBalancer：运用外部负载均衡器完结到服务器的负载分发，
  #需求在spec.status.loadBalancer字段指定外部负载均衡服务器的IP，并同时界说nodePort和clusterIP用于公有云环境。
  clusterIP: string
  #虚拟服务IP地址，当type=ClusterIP时，如不指定，则系统会主动进行分配，也能够手动指定。当type=loadBalancer，需求指定
  sessionAffinity: string
  #是否支撑session，可选值为ClietIP，默许值为空
  #ClientIP表示将同一个客户端(根据客户端IP地址决定)的拜访恳求都转发到同一个后端Pod
  ports:
  #service需求露出的端口列表    
  - name: string
    #端口名称
    protocol: string
    #端口协议，支撑TCP或UDP，默许TCP
     port: int
    #服务监听的端口号
     targetPort: int
    #需求转发到后端的端口号
     nodePort: int
    #当type=NodePort时，指定映射到物理机的端口号
  status:
  #当type=LoadBalancer时，设置外部负载均衡的地址，用于公有云环境    
    loadBalancer:
    #外部负载均衡器    
      ingress:
      #外部负载均衡器 
      ip: string
      #外部负载均衡器的IP地址
      hostname: string
     #外部负载均衡器的机主机

八、kubernetes中的四种port

1）nodePort

nodePort是外部拜访k8s集群中service的端口，经过nodeIP: nodePort能够从外部拜访到某个service。

2）port

port是k8s集群内部拜访service的端口，即经过clusterIP: port能够拜访到某个service。

3）targetPort

targetPort是pod的端口，从port和nodePort来的流量经过kube-proxy流入到后端pod的targetPort上，最终进入容器。

4）containerPort

containerPort是pod内部容器的端口，targetPort映射到containerPort。

九、kubernetes服务发现

Kubernetes供给了两种方法进行服务发现, 即环境变量和DNS, 简单说明如下:

1）环境变量

当你创立一个Pod的时分，kubelet会在该Pod中注入集群内一切Service的相关环境变量。

【留意】要想一个Pod中注入某个Service的环境变量，则必须Service要比该Pod先创立。这一点，几乎使得这种方法进行服务发现不行用。比方，一个ServiceName为redis-master的Service，对应的ClusterIP:Port为172.16.50.11:6379，则其对应的环境变量为:

REDIS_MASTER_SERVICE_HOST=172.16.50.11 REDIS_MASTER_SERVICE_PORT=6379 REDIS_MASTER_PORT=tcp://172.16.50.11:6379 REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP=tcp://172.16.50.11:6379 REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PROTO=tcp REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_PORT=6379 REDIS_MASTER_PORT_6379_TCP_ADDR=172.16.50.11

2) DNS

这是k8s官方强烈推荐的方法!!! 能够经过cluster add-on方法轻松的创立KubeDNS来对集群内的Service进行服务发现。

十、Service署理形式

k8s群会集的每个节点都运转一个kube-proxy的组件，kube-proxy其实是一个署理层担任完结service。

Kubernetes v1.2之前默许是userspace，v1.2之后默许是iptables形式，iptables形式功能和可靠性更好，可是iptables形式依靠健康检查，在没有健康检查的情况下假如一个pod不响应，iptables形式不会切换另一个pod上。

1）userspace形式

客户端拜访ServiceIP(clusterIP)恳求会先从用户空间到内核中的iptables，然后回到用户空间kube-proxy，kube-proxy担任署理作业。

缺陷：

可见，userspace这种mode最大的问题是，service的恳求会先从用户空间进入内核iptables，然后再回到用户空间，由kube-proxy完结后端Endpoints的选择和署理作业，这样流量从用户空间进出内核带来的功能损耗是不行承受的。这也是k8s v1.0及之前版别中对kube-proxy质疑最大的一点，因而社区就开始研讨iptables mode。

具体作业流程：

userspace这种形式下，kube-proxy 继续监听 Service 以及 Endpoints 目标的变化；对每个 Service，它都为其在本地节点开放一个端口，作为其服务署理端口；发往该端口的恳求会采用必定的战略转发给与该服务对应的后端 Pod 实体。kube-proxy 同时会在本地节点设置 iptables 规矩，装备一个 Virtual IP，把发往 Virtual IP 的恳求重定向到与该 Virtual IP 对应的服务署理端口上。其作业流程大体如下:

【剖析】该形式恳求在抵达 iptables 进行处理时就会进入内核，而 kube-proxy 监听则是在用户态, 恳求就形成了从用户态到内核态再回来到用户态的传递进程, 必定程度降低了服务功能。

2）iptables形式（默许形式）

该形式彻底利用内核iptables来完结service的署理和LB, 这是K8s在v1.2及之后版别默许形式. 作业原理如下:

iptables mode因为运用iptable NAT来完结转发，也存在不行忽视的功能损耗。另外，假如集群中存在上万的Service/Endpoint，那么Node上的iptables rules将会非常巨大，功能还会再打扣头。这也导致现在大部分企业用k8s上出产时，都不会直接用kube-proxy作为服务署理，而是经过自己开发或许经过Ingress Controller来集成HAProxy, Nginx来替代kube-proxy。

具体作业流程：

iptables 形式与 userspace 相同，kube-proxy 继续监听 Service 以及 Endpoints 目标的变化；但它并不在本地节点敞开反向署理服务，而是把反向署理悉数交给 iptables 来完结；即 iptables 直接将对 VIP 的恳求转发给后端 Pod，经过 iptables 设置转发战略。其作业流程大体如下:

【剖析】该形式比较 userspace 形式，克服了恳求在用户态-内核态反复传递的问题，功能上有所提升，但运用 iptables NAT 来完结转发，存在不行忽视的功能损耗，并且在大规模场景下，iptables 规矩的条目会非常巨大，功能上还要再打扣头。

示例:

cat << EOF > mysql-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    name: mysql
    role: service
  name: mysql-service
spec:
  ports:
    - port: 3306
      targetPort: 3306
      nodePort: 30964
  type: NodePort
  selector:
    mysql-service: "true"
    name: mysql
EOF
$ kubectl apply -f mysql-service.yaml
$ kubectl get svc

3）ipvs模型

在kubernetes 1.8以上的版别中，关于kube-proxy组件增加了除iptables形式和用户形式之外还支撑ipvs形式。kube-proxy ipvs 是根据 NAT 完结的，经过ipvs的NAT形式，对拜访k8s service的恳求进行虚IP到POD IP的转发。当创立一个 service 后，kubernetes 会在每个节点上创立一个网卡，同时帮你将 Service IP(VIP) 绑定上，此时相当于每个 Node 都是一个 ds，而其他任何 Node 上的 Pod，甚至是宿主机服务(比方 kube-apiserver 的 6443)都或许成为 rs；

具体作业流程：

与iptables、userspace 形式相同，kube-proxy 依然监听Service以及Endpoints目标的变化, 不过它并不创立反向署理, 也不创立很多的 iptables 规矩, 而是经过netlink 创立ipvs规矩，并运用k8s Service与Endpoints信息，对地点节点的ipvs规矩进行定期同步; netlink 与 iptables 底层都是根据 netfilter 钩子，可是 netlink 由于采用了 hash table 并且直接作业在内核态，在功能上比 iptables 更优。其作业流程大体如下:

【剖析】ipvs 是现在 kube-proxy 所支撑的最新署理形式，比较运用 iptables，运用 ipvs 具有更高的功能。

4）kube-proxy装备 ipvs形式（一切节点）

1、加载ip_vs相关内核模块

$ modprobe -- ip_vs
$ modprobe -- ip_vs_sh
$ modprobe -- ip_vs_rr
$ modprobe -- ip_vs_wrr
$ modprobe -- nf_conntrack_ipv4

一切节点验证敞开了ipvs：

$ lsmod |grep ip_vs

2、装置ipvsadm工具

$ yum install ipset ipvsadm -y

3、编辑kube-proxy装备文件，mode修改成ipvs

$ kubectl edit  configmap -n kube-system  kube-proxy

4、重启kube-proxy 先检查之前的kube-proxy

$ kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy

删掉上面三个kube-proxy，重新拉起新的服务

$ kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy |awk '{system("kubectl delete pod "$1" -n kube-system")}'

再检查

$ kubectl get pod -n kube-system | grep kube-proxy

5、检查

$ ipvsadm -Ln

关于Kubernetes（k8s）kube-proxy、Service的介绍，就先到这儿了，有疑问的小伙伴，欢迎给我留言哦~

Kubernetes（k8s）kube-proxy、Service详解

一、kube-proxy简介

二、Service 简介

三、Service 类型

1）ClusterIp（集群内部运用）

2）NodePort（对外露出运用）

3）LoadBalancer（对外露出运用，适用于公有云）

4）ExternalName

四、Service 作业流程

五、Endpoints简介

1）作业流程

2）示例

六、Service, Endpoints与Pod的联系

七、Service的资源清单文件详解

八、kubernetes中的四种port

1）nodePort

2）port

3）targetPort

4）containerPort

九、kubernetes服务发现

1）环境变量

2) DNS

十、Service署理形式

1）userspace形式

2）iptables形式（默许形式）

3）ipvs模型

4）kube-proxy装备 ipvs形式（一切节点）

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