kubernetes 實踐五：Service詳解

Service 是 k8s 的核心概念，通過創建Service，可以為一組具有相同功能的容器應用提供一個統一的入口地址，並且將請求負載分發到后端的各個容器應用上。

Service 的定義

Service YAML格式的定義文件如下：

apiVersion: v1      // Required
kind: Service       // Required
metadata:           // Required
  name: string      // Required
  namespace: string // Required
  labels:
    - name: string
  annotations:
    - name: string
  spec:             // Required
    selectors: []   // Required
    type: string    // Required
    clusterIP: string
    sessionAffinity: string
    ports:
      - name: string
        protocol: string
        port: int
        targetPort: int
        nodePort: int
    status:
      loadBalancer:
        ingress:
          ip: string
          hostname: string

各屬性的說明：

Service的基本用法

一般k8s的Pod都會以RC或者Deployment對外進行發布，並使用TCP/IP+Port的方式使得外部可以訪問內部得服務。例如一個提供Web服務RC，由兩個tomcat容器組成，每個容器都通過containerPort設置服務得端口號為8080。

# webapp-rc.yaml
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: webapp
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      name: webapp
      labels:
        app: webapp
    spec:
      containers:
      - name: webapp
        image: tomcat
        ports:
          - containerPort: 8080  ## containerPort 要和 鏡像暴露得端口要一直。

創建該RC:

kubectl apply -f webapp-rc.yaml

創建成功之后：

NAME           READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
webapp-nfrzq   1/1     Running   0          96s   10.244.1.44   k8s-node1    <none>           <none>
webapp-sxlmk   1/1     Running   0          96s   10.244.0.73   k8s-master   <none>           <none>

這樣就可以使用Pod得IP+Port得方式訪問Tomcat服務了：

# curl 10.244.1.44:8080
# curl 10.244.0.73:8080

但是以這種方式訪問服務是有問題得，首先我們需要知道每個Pod得地址，如果該Pod故障，就需要切換使用另一個Pod得IP。所以k8s中Service組件就是用於解決這些問題的。

Service的簡單使用

創建Service有兩種方法，使用命令kubectl export或者根據定義文件創建。

先來使用命令創建Service，例如為之前的RC提供一個Service，使用命令如下：

[root@k8s-master service]# kubectl expose rc webap
[root@k8s-master service]# kubectl get svc webapp
NAME     TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
webapp   ClusterIP   10.107.38.14   <none>        8080/TCP   27s

創建Service后就可以直接使用Service的IP:Port的格式訪問服務，請求會被自動負載分發到后端的Pod上。

我們還可以使用yaml定義文件創建Service，定義文件如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: webapp
spec:
  ports:
    - port: 8081
      targetPort: 8080
  selector:
    app: webapp

創建該Service:

[root@k8s-master service]# kubectl create -f webapp-svc.yaml  
service/webapp created
[root@k8s-master service]# kubectl get svc webapp
NAME     TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
webapp   ClusterIP   10.109.63.40   <none>        8081/TCP   7s

目前k8s提供了兩種負載分發策略：

• RoundRobin：輪詢模式，即輪詢將請求轉發到后端的各個Pod上。
• SessionAffinity：基於客戶端IP地址進行會話保持的模式，即第1次將某個客戶端發起的請求轉發到后端的某個Pod上，之后從相同的客戶端發起的請求都將被轉發到后端相同的Pod上。

默認情況下，k8s采用RoundRobin模式，通過設置參數service.spec.sessionAffinity=ClientIP來啟用SessionAffinity策略。

多端口Service

Service 支持設置多個端口對應到多個應用服務，配置文件如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: webapp
spec:
  ports:
    - port: 8080
      targetPort: 8080
      name: web
    - port: 8005
      targetPort: 8005
      name: management
  selector:
    app: webapp

也可以指定協議：

...
spec:
  ports:
    - port: 53
      procotol: UDP
      name: dns
    - port: 53
      procotol: TCP
      name: dns-tcp
...

外部服務service

外部服務Service可以將k8s集群外的應用納入到集群服務，可以通過創建一個無Label Selector的Service實現：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
    - port: 8080
      procotol: TCP
      targetPort: 80

同時還需要創建一個和該Service同名的Endpoint資源，用於指向實際的后端訪問地址，配置文件如下：

apiVersion: v1
kind: Endpoint
metadata:
  name: my-service
subsets:
- address:
  - IP: 1.2.3.4
  ports:
    - port: 80

Headless Service

k8s支持用戶自定義負載均衡的策略，k8s提供了Headless Service來實現這種功能，即不為Service設置ClusterIP（入口IP地址），僅通過Label Selector將后端的Pod列表返回給調用的客戶端。例如：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
spec:
  ports:
    - port: 80
    clusterIP: None
  selector:
    app: nginx

這樣，Service就不再具有一個特定的clusterIP，對其訪問將獲得包含Label “app=nginx”的全部Pod列表，然后客戶端程序自行決定如何處理這個Pod列表。StatefulSet就是使用Headless Service為客戶端返回多個服務地址的，而且Headless Service十分適用於“去中心化”類的應用集群。

從集群外部訪問Pod或者Service

由於Pod和Service都是k8s集群范圍內的虛擬概念，所以集群外的客戶端無法通過Pod的IP地址或者Service的虛擬IP地址訪問。因此可以將Pod或者Service的端口號映射到宿主機，讓容器外部的客戶端也可以訪問。

將容器應用的端口號映射到物理機

1.設置容器級別的hostPort

# pod-hostport.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: webapp
  labels:
    app: webapp
spec:
  containers:
  - name: webapp
    image: tomcat
    ports:
    - containerPort: 8080
      hostPort: 9000

創建Pod

kubectl create -f pod-hostport.yaml

創建完成后就可以訪問k8s node的IP:Port。

2.設置Pod級別的hostNetwork=true

該Pod中所有容器的端口號都將被直接映射到物理機上。在設置hostNetwork=true時需要注意，在容器的ports定義部分如果不指定hostPort，則默認hostPort等於containerPort，如果指定了hostPort，則hostPort必須等於containerPort的值：

## pod-hostnetwork.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: webapp
  labels:
    app: webapp
spec:
  hostNetwork: true
  containers:
  - name: webapp
    image: tomcat
    imagePullPolicy: Never
    ports:
    - containerPort: 8080

將Service的端口號映射到物理機

1.設置nodePort映射到物理機

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: webapp
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080
      targetPort: 8080
      nodePort: 31080 # 默認有效值 30000 - 32767
  selector:
    app: webapp

對該Service的訪問也將被負載分發到后端的多個Pod上。

2.設置LoadBalancer映射到雲平台

這種用法僅用於在公有雲服務提供商的雲平台上設置Service的場景。 在下面的例子中， status.loadBalancer.ingress.ip設置的146.148.47.155為雲服務商提供的負載均衡器的IP地址。 對該Service的訪問請求將會通過LoadBalancer轉發到后端Pod上， 負載分發的實現方式則依賴於雲服務商提供的LoadBalancer的實現機制：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 9376
      nodePort: 30061
    clusterIP: 10.0.171.239
    loadBalancerIP: 78.11.24.19
    type: LoadBalancer
  status:
    loadBalancer:
      ingress:
      - ip: 146.148.47.155