K8S Service

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Pod的IP地址是在Pod启动后才被分配，在启动前并不知道Pod的IP地址。 应用往往都是由多个运行相同镜像的一组Pod组成，逐个访问Pod也变得不现实。Kubernetes中的Service对象就是用来解决上述Pod访问问题的。Service有一个固定IP地址，Service将访问它的流量转发给Pod，具体转发给哪些Pod通过Label来选择，而且Service可以给这些Pod做负载均衡。

创建 Deployment

创建后台Pod首先创建一个3副本的Deployment，即3个Pod，且Pod上带有标签“app: nginx”，具体如下所示。

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apiVersion: apps/v1      
kind: Deployment         
metadata:
  name: nginx            
spec:
  replicas: 3                    
  selector:              
    matchLabels:
      app: nginx
  template:              
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: container-0
        resources:
          limits:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi

创建 Service

创建一个名为“nginx”的Service，通过selector选择到标签“app:nginx”的Pod，目标Pod的端口为80，Service对外暴露的端口为8080。

访问服务只需要通过“服务名称:对外暴露的端口”接口，对应本例即“nginx:8080”。这样，在其他Pod中，只需要通过“nginx:8080”就可以访问到“nginx”关联的Pod。

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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx        # Service的名称
spec:
  selector:          # Label Selector，选择包含app=nginx标签的Pod
    app: nginx
  ports:
  - name: service0
    targetPort: 80   # Pod的端口
    port: 8080       # Service对外暴露的端口
    protocol: TCP    # 转发协议类型，支持TCP和UDP
  type: ClusterIP    # Service的类型

将上面Service的定义保存到nginx-svc.yaml文件中，使用kubectl创建这个Service。

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$ kubectl create -f nginx-svc.yaml
service/nginx created

$ kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes   ClusterIP   10.247.0.1       <none>        443/TCP    7h19m
nginx        ClusterIP   10.247.124.252   <none>        8080/TCP   5h48m

可以看到Service有个Cluster IP，这个IP是固定不变的，除非Service被删除，所以您也可以使用ClusterIP在集群内部访问Service。

下面创建一个Pod并进入容器，使用ClusterIP访问Pod，可以看到能直接返回内容。

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$ kubectl run -i --tty --image nginx:alpine test --rm /bin/sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
 # curl 10.247.124.252:8080

使用ServiceName访问Service

通过DNS进行域名解析后，可以使用“ServiceName:Port”访问Service，这也是Kubernetes中最常用的一种使用方式。向K8s 内部 DNS查询Service的名称获得Service的IP地址。
访问时通过 ServiceName.namespace.svc.cluster.local访问，其中nginx为 Service的名称，namespace 为命名空间名称，svc.cluster.local为域名后缀，在实际使用中，在同一个命名空间下可以省略 namespace.svc.cluster.local，直接使用ServiceName即可。

例如上面创建的名为nginx的Service，直接通过“nginx:8080”就可以访问到Service，进而访问后台Pod。
使用ServiceName的方式有个主要的优点就是可以在开发应用程序时可以将ServiceName写在程序中，这样无需感知具体Service的IP地址。

Service是如何做到服务发现的

前面说到有了Service后，无论Pod如何变化，Service都能够发现到Pod。

如果调用kubectl describe命令查看Service的信息，您会看下如下信息。

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$ kubectl describe svc nginx
Name:              nginx
......
Endpoints:         172.16.2.132:80,172.16.3.6:80,172.16.3.7:80
......

可以看到一个Endpoints，Endpoints同样也是Kubernetes的一种资源对象，可以查询得到。Kubernetes正是通过Endpoints监控到Pod的IP，从而让Service能够发现Pod。

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$ kubectl get endpoints
NAME         ENDPOINTS                                     AGE
kubernetes   192.168.0.127:5444                            7h19m
nginx        172.16.2.132:80,172.16.3.6:80,172.16.3.7:80   5h48m

实际上Service相关的事情都由节点上的kube-proxy处理。在Service创建时Kubernetes会分配IP给Service，同时通过API Server通知所有kube-proxy有新Service创建了，kube-proxy收到通知后通过iptables记录Service和IP/端口对的关系，从而让Service在节点上可以被查询到。

Service的类型与使用场景

Service的类型除了ClusterIP还有NodePort、LoadBalancer和None，这几种类型的Service有着不同的用途。

  • ClusterIP：用于在集群内部互相访问的场景，通过ClusterIP访问Service。
  • NodePort：用于从集群外部访问的场景，通过节点上的端口访问Service，详细介绍请参见NodePort类型的Service。
  • LoadBalancer：用于从集群外部访问的场景，其实是NodePort的扩展，通过一个特定的LoadBalancer访问Service，这个LoadBalancer将请求转发到节点的NodePort
  • None：用于Pod间的互相发现，这种类型的Service又叫Headless Service

NodePort类型的Service

NodePort类型的Service可以让Kubemetes集群每个节点上保留一个相同的端口， 外部访问连接首先访问节点IP:Port，然后将这些连接转发给服务对应的Pod。如下图所示。

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apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nodeport-service
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 8080
    targetPort: 80
    nodePort: 30120
  selector:
    app: nginx

创建并查看，可以看到PORT这一列为8080:30120/TCP，说明Service的8080端口是映射到节点的30120端口。

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$ kubectl create -f nodeport.yaml 
service/nodeport-service created

$ kubectl get svc -o wide
NAME               TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE    SELECTOR
kubernetes         ClusterIP   10.247.0.1       <none>        443/TCP          107m   <none>
nginx              ClusterIP   10.247.124.252   <none>        8080/TCP         16m    app=nginx
nodeport-service   NodePort    10.247.210.174   <none>        8080:30120/TCP   17s    app=nginx

LoadBalancer类型的Service

LoadBalancer类型的Service其实是NodePort类型Service的扩展，通过一个特定的LoadBalancer访问Service，这个LoadBalancer将请求转发到节点的NodePort。

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apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  annotations:   
    kubernetes.io/elb.id: 3c7caa5a-a641-4bff-801a-feace27424b6
  labels: 
    app: nginx 
  name: nginx 
spec: 
  loadBalancerIP: 10.78.42.242     #  ELB实例的IP地址
  ports: 
  - name: service0 
    port: 80
    protocol: TCP 
    targetPort: 80
    nodePort: 30120
  selector: 
    app: nginx 
  type: LoadBalancer    # 类型为LoadBalancer

Headless Service

Service解决了Pod的内外部访问问题，但还有下面这些问题没解决。

  • 同时访问所有Pod
  • 一个Service内部的Pod互相访问

Headless Service正是解决这个问题的，Headless Service不会创建ClusterIP，并且查询会返回所有Pod的DNS记录，这样就可查询到所有Pod的IP地址。
StatefulSet中StatefulSet正是使用Headless Service解决Pod间互相访问的问题。

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apiVersion: v1
kind: Service       # 对象类型为Service
metadata:
  name: nginx-headless
  labels:
    app: nginx
spec:
  ports:
    - name: nginx     # Pod间通信的端口名称
      port: 80        # Pod间通信的端口号
  selector:
    app: nginx        # 选择标签为app:nginx的Pod
  clusterIP: None     # 必须设置为None，表示Headless Service

执行如下命令创建Headless Service。

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# kubectl create -f headless.yaml 
service/nginx-headless created

创建完成后可以查询Service。

# kubectl get svc
NAME             TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
nginx-headless   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    5s

创建一个Pod来查询DNS，可以看到能返回所有Pod的记录，这就解决了访问所有Pod的问题了。

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$ kubectl run -i --tty --image tutum/dnsutils dnsutils --restart=Never --rm /bin/sh
If you don't see a command prompt, try pressing enter.
/ # nslookup nginx-0.nginx
Server:         10.247.3.10
Address:        10.247.3.10#53
Name:   nginx-0.nginx.default.svc.cluster.local
Address: 172.16.0.31

/ # nslookup nginx-1.nginx
Server:         10.247.3.10
Address:        10.247.3.10#53
Name:   nginx-1.nginx.default.svc.cluster.local
Address: 172.16.0.18

/ # nslookup nginx-2.nginx
Server:         10.247.3.10
Address:        10.247.3.10#53
Name:   nginx-2.nginx.default.svc.cluster.local
Address: 172.16.0.19