Kubernetes——Service(SVC)服务

一、Service 的概念

Kubernetes Service定义了这样一种抽象：一个Pod的逻辑分组，一种可以访问它们的策略 —— 通常称为微服务。这一组Pod能够被Service访问到，通常是通过Label Selector

Service能够提供负载均衡的能力，但是在使用上有以下限制：

只提供 4 层负载均衡能力，而没有 7 层功能，但有时我们可能需要更多的匹配规则来转发请求，这点上 4 层负载均衡是不支持的

二、Service 的类型

Service 在 K8s 中有以下四种类型

①　ClusterIp：默认类型，自动分配一个仅 Cluster 内部可以访问的虚拟 IP【service创建一个仅集群内部可访问的ip，集群内部其他的pod可以通过该服务访问到其监控下的pod】
②　NodePort：在 ClusterIP 基础上为 Service 在每台机器上绑定一个端口，这样就可以通过:NodePort 来访问该服务【在service及各个node节点上开启端口，外部的应用程序或客户端访问node的端口将会转发到service的端口，而service将会依据负载均衡随机将请求转发到某一个pod的端口上。一般暴露服务常用的端口】
③　LoadBalancer：在 NodePort 的基础上，借助 cloud provider 创建一个外部负载均衡器，并将请求转发到: NodePort【在NodePort基础之上，即各个节点前加入了负载均衡器实现了真正的高可用，一般云供应商提供的k8s集群就是这种】
④　ExternalName：把集群外部的服务引入到集群内部来，在集群内部直接使用。没有任何类型代理被创建，这只有 kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支持【当我们的集群服务需要访问k8s之外的集群时，可以选择这种类型，然后把外部服务的IP及端口写入到k8s服务中来，k8s的代理将会帮助我们访问到外部的集群服务】

svc基础导论

svc基础导论

总结：

客户端访问节点时通过iptables实现的，
iptables规则是通过kube-proxy写入的，
apiserver通过监控kube-proxy去进行对服务和端点的监控，
kube-proxy通过pod的标签（lables）去判断这个断点信息是否写入到Endpoints里去。

三、VIP 和 Service 代理

在 Kubernetes 集群中，每个 Node 运行一个kube-proxy进程。kube-proxy负责为Service实现了一种VIP（虚拟 IP）的形式，而不是ExternalName的形式。在 Kubernetes v1.0 版本，代理完全在 userspace。在Kubernetes v1.1 版本，新增了 iptables 代理，但并不是默认的运行模式。从 Kubernetes v1.2 起，默认就是iptables 代理。在 Kubernetes v1.8.0-beta.0 中，添加了 ipvs 代理

在 Kubernetes 1.14 版本开始默认使用ipvs 代理

在 Kubernetes v1.0 版本，Service是 “4层”（TCP/UDP over IP）概念。在 Kubernetes v1.1 版本，新增了Ingress API（beta 版），用来表示 “7层”（HTTP）服务

为何不使用 round-robin DNS？
DNS会在很多的客户端里进行缓存，很多服务在访问DNS进行域名解析完成、得到地址后不会对DNS的解析进行清除缓存的操作，所以一旦有他的地址信息后，不管访问几次还是原来的地址信息，导致负载均衡无效。

四、代理模式的分类

1、userspace 代理模式

客户端首先访问iptables通过iptables访问到kube-proxy然后访问到具体的pod上
也就是说每次访问的时候都需要Kube-proxy进行一次代理
也就是说kube-proxy压力是非常大的
同时kube-apiserver也会监控kube-proxy服务更新及端点的维护

2、iptables 代理模式

舍弃掉了kube-proxy，所有访问直接通过iptables而不需要kube-proxy去调度
这样的话访问速度就会大大增加以及kube-proxy稳定性会提高压力将会减少很多
当然使用iptables(防火墙)性能并不会怎么高，但除此之外几乎没有什么缺点。
kube-apiserver依然通过监控kube-proxy去实现iptables的端口的更新维护

3、ipvs 代理模式

将iptables代理模式中iptables变更为ipvs,原来是把所有的调度规则通过iptables
进行所谓的服务转发定向的变成了通过ipvs模块去实现负载均衡以及流量导向，并且和
iptables代理模式相同，所有的访问也是不经过kube-proxy的
如果没有提前安装ipvs模块以及一些基本需求没有完成，那些k8s将会使用iptables的代理模式

image.png

这种模式，kube-proxy 会监视 Kubernetes Service对象和Endpoints，调用netlink接口以相应地创建ipvs 规则并定期与 Kubernetes Service对象和Endpoints对象同步 ipvs 规则，以确保 ipvs 状态与期望一致。访问服务时，流量将被重定向到其中一个后端 Pod

与 iptables 类似，ipvs 于 netfilter 的 hook 功能，但使用哈希表作为底层数据结构并在内核空间中工作。这意味着 ipvs 可以更快地重定向流量，并且在同步代理规则时具有更好的性能。此外，ipvs 为负载均衡算法提供了更多选项，例如：

①rr：轮询调度
②lc：最小连接数
③dh：目标哈希
④sh：源哈希
⑤sed：最短期望延迟
⑥nq：不排队调度

注意： ipvs模式假定在运行kube-proxy之前在节点上都已经安装了IPVS内核模块。当kube-proxy以ipvs代理模式启动时，kube-proxy将验证节点上是否安装了IPVS模块，如果未安装，则kube-proxy将回退到iptables代理模式

#查看ipvs代理规则
ipvsadm -Ln

五、ClusterIP

clusterIP 主要在每个 node 节点使用 iptables，将发向 clusterIP 对应端口的数据，转发到 kube-proxy 中。然后 kube-proxy 自己内部实现有负载均衡的方法，并可以查询到这个 service 下对应 pod 的地址和端口，进而把数据转发给对应的 pod 的地址和端口

为了实现图上的功能，主要需要以下几个组件的协同工作：

apiserver：用户通过kubectl命令向apiserver发送创建service的命令，apiserver接收到请求后将数据存储到etcd中
kube-proxy：kubernetes的每个节点中都有一个叫做kube-porxy的进程，这个进程负责感知service，pod的变化，并将变化的信息写入本地的iptables规则中
iptables：使用NAT等技术将virtualIP的流量转至endpoint中

创建 myapp-deploy.yaml 文件

apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata:
  name: myapp-deploy 
  namespace: default 
spec:
  replicas: 3 
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp 
      release: stabel 
  template:
    metadata:
      1abels:
        app: myapp 
        release: stabel 
        env: test 
    spec:
      containers:
      - name: myapp
        image: fanqisoft/myapp:v2
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80

创建 Service 信息

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata:
  name: myapp 
  namespace: default 
spec:
  type: ClusterIP 
  selector:
    app: myapp 
    release: stabel 
  ports:
  - name: http 
    port: 80 
    targetPort: 80

六、Headless Service【无头服务，无头服务也是一种Cluster IP,只不过是一种特殊的Cluster IP】

有时不需要或不想要负载均衡，以及单独的Service IP。遇到这种情况，可以通过指定 ClusterIP(spec.clusterIP)的值为“None”来创建 Headless Service。这类Service 并不会分配 Cluster IP,kube-proxy 不会处理它们，而且平台也不会为它们进行负载均衡和路由
主要的特点是通过无头服务的方式去解决hostname和portname的变化问题，也就是通过它去进行绑定

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata:
  name: myapp-headless 
  namespace: default 
spec:
  selector:
    app: myapp 
  clusterIP: "None"
  ports:
  - port: 80 
    targetPort: 80

对于svc，一旦创建成功以后，它会写入到coreDNS中去，我们的svc的创建会有一个主机名会被写入到coreDNS，写入的格式体就是 svc的名称+命名空间的名称+当前集群的域名

yum -y install bind-utils
 dig -t A myapp-headless.default.svc.cluster.local. @10.96.0.10

意味着在无头服务中，虽然它没有ip了，但可以通过访问域名的方案依然可以访问服务下的pod

七、 NodePort

nodePort的原理在于在node上开了一个端口，将向该端口的流量导入到kube-proxy，然后由 kube-proxy进一步到给对应的pod

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata:
  name: myapp 
  namespace: default 
spec:
  type: NodePort 
  selector:
    app: myapp 
    release: stabel 
  ports:
  - name: http 
    port: 80 
    targetPort: 80

#查询流程 
iptables -t nat -nvL 
    KUBE-NODEPORTS

八、LoadBalancer

loadBalancer和nodePort 其实是同一种方式。区别在于 loadBalancer 比nodePort多了一步，就是可以调用cloud provider【云供应商】去创建LB【负载均衡】来向节点导流

九、ExternalName

这种类型的 Service 通过返回 CNAME和它的值，可以将服务映射到externalName字段的内容（例如：hub.yibo.cn)。ExternalName Service 是Service的特例，它没有 selector，也没有定义任何的端口和Endpoint。相反的，对于运行在集群外部的服务，它通过返回该外部服务的别名这种方式来提供服务

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
  namespace: default
spec:
  type: ExternalName
  externalName: hub.yibo.cn

当查询主机 my-service.defalut.svc.cluster.local（SVC_NAME.NAMESPACE.svc.cluster.local)时，集群的DNS 服务将返回一个值my.database.example.com的CNAME记录。访问这个服务的工作方式和其他的相同，唯一不同的是重定向发生在DNS层，而且不会进行代理或转发。

iptables详解：http://www.zsythink.net/archives/1199/
ipvs详解：https://www.cnblogs.com/hongdada/p/9758939.html
LVS详解：https://blog.csdn.net/Ki8Qzvka6Gz4n450m/article/details/79119665

参考：
https://www.cnblogs.com/LiuQizhong/p/11573173.html

https://www.cnblogs.com/fanqisoft/p/11579061.html