Kubernetes(k8s)的流量负载组件Service基础介绍和原理讲解、IPVS的开启

1. Service介绍

虽然可以通过Pod的IP来访问应用程序，但是Pod的IP地址不是固定的。而Service会对提供同一个服务的多个Pod进行聚合，并且提供一个统一的访问入口地址

每个Node节点上都运行了一个kube-proxy的服务进程。当创建Service的时候会通过API Server向etcd写入创建的Service的信息，而kube-proxy会基于监听的机制发现Service的变化，然后它会将最新的Service信息转换为对应的访问规则

2. Service访问规则转发说明

[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
......省略部分......    
TCP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.235.203:53            Masq    1      0          0         
  -> 10.244.235.204:53            Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:9153 rr
  -> 10.244.235.203:9153          Masq    1      0          0         
  -> 10.244.235.204:9153          Masq    1      0          0         
......省略部分......      
UDP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.235.203:53            Masq    1      0          0         
  -> 10.244.235.204:53            Masq    1      0          0         
[root@k8s-master ~]# 

当以TCP方式访问10.96.0.10:53这个service提供的访问入口。会基于rr(轮询)的策略，将请求转发到后面的两个Pod中的一个。真正提供服务的是10.244.235.203:53或10.244.235.204:53

Service的访问规则会同时在集群内的所有节点上都生成，所以在任何一个节点上访问都可以

3. ipvs的开启

1. 验证是否安装ipvs。如下已经安装了IPVS

[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
[root@k8s-master ~]# 

2. 修改kube-proxy配置，将mode: ""修改成mode: "ipvs"

[root@k8s-master ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
configmap/kube-proxy edited
[root@k8s-master ~]#

3. 删除所有节点的kube-proxy pod。然后DaemonSet会自动进行重建kube-proxy pod

[root@k8s-master ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
pod "kube-proxy-9gc7d" deleted
pod "kube-proxy-f9w7h" deleted
pod "kube-proxy-s8rwk" deleted
[root@k8s-master ~]#

4. 测试ipvs模块是否开启成功

[root@k8s-master ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
......省略部分......    
TCP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.235.203:53            Masq    1      0          0         
  -> 10.244.235.204:53            Masq    1      0          0         
TCP  10.96.0.10:9153 rr
  -> 10.244.235.203:9153          Masq    1      0          0         
  -> 10.244.235.204:9153          Masq    1      0          0         
......省略部分......      
UDP  10.96.0.10:53 rr
  -> 10.244.235.203:53            Masq    1      0          0         
  -> 10.244.235.204:53            Masq    1      0          0         
[root@k8s-master ~]# 

4. kube-proxy支持的三种工作模式 4.1 userspace模式

kube-proxy会为每一个Service创建一个监听端口，发向Cluster IP的请求被iptables规则重定向到kube-proxy监听的端口上，kube-proxy根据LB算法(负载均衡算法)选择一个提供服务的Pod并和其建立连接，以便将请求转发到Pod上

该模式下，kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中，在进行转发处理的时候会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然比较稳定，但是效率非常低下

4.2 iptables模式

kube-proxy为Service后端的每个Pod创建对应的iptables规则，直接将发向Cluster IP的请求重定向到一个Pod的IP上

该模式下kube-proxy不承担四层负载均衡器的角色，只负责创建iptables规则。该模式的优点在于较userspace模式效率更高，但是不能提供灵活的LB策略，而且当后端Pod不可用的时候无法进行重试

4.3 ipvs模式

ipvs模式和iptables类似，kube-proxy监控Pod的变化并创建相应的ipvs规则。ipvs相对iptables转发效率更高，除此之外，ipvs支持更多的LB算法

5. Service的类型和资源清单模板

Service的资源清单模板

apiVersion: v1                 
kind: Service                   
metadata:                      
  name: service                     # Service名称
  namespace: dev                    # Serivce所属的命名空间
spec:
  selector:                         # 标签选择器，用于确定当前Service代理哪些Pod
    app: nginx-pod
  type: NodePort                    # Service的类型，指定Service的访问方式
  clusterIP: 10.96.68.68            # cluster虚拟服务的IP地址
  sessionAffinity: ClientIP         # session亲和性，支持ClientIP、None(默认)两个选项
  ports:                            # 端口信息
    - protocol: TCP                 # 协议，支持TCP(默认)和UDP
      port: 8080                    # cluster虚拟服务版本的端口，即Service端口
      targetPort: 8080              # Pod端口
      nodePort: 30080               # 主机端口。用于NodePort和LoadBalancer的Service类型。默认只能在端口范围(30000~32767)中指定。如果不指定，会自动分配一个

spec.type的说明：

• ClusterIP：默认值，kubernetes系统自动分配虚拟IP(也可通过clusterIP手动指定)，只能在集群内部访问
• NodePort：将Service通过指定的Node上的端口暴露给外部，可以在集群外部访问服务。
• LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成服务的负载分发，此模式需要外部云环境的支持
• ExternalName：把集群外部的服务引入集群内部，直接使用