1 Service

Kubernetes Service定义了这样一种抽象：逻辑上的一组 Pod，一种能够访问它们的策略 —— 一般被称为微服务。这一组 Pod 可以被 Service 访问到，一般是经过selector实现的。

举例：考虑一个图片处理 backend，它运行了3个副本。这些副本是可互换的 —— frontend 不需要关心它们调用了哪一个 backend 副本。然而组成这一组 backend 程序的 Pod 实际上可能会发生变化，frontend 客户端不必知道，并且也不需要跟踪这一组 backend 的状态。Service 定义的抽象可以解耦这种关联。

Service能够提供负载均衡的能力，可是使用上存在以下限制

只能提供4层负载均衡能力，而没有7层功能。有时咱们可能须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

web访问的service服务示例图
在这里插入图片描述

2 service暴露端口的方式

2.1 clusterIP

此类型会提供一个集群内部的虚拟IP（与pod不在同一网段），以供集群内部的pod之间通信使用。clusterIP也是kubernetes service的默认类型，主要需要以下几个组件的协同工作

apiservice：在创建service时，apiserver接收到请求以后将数据存储到etcd中。
kube-proxy：k8s的每个节点中都有该进程，负责实现service功能，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中
-iptables:使用NAT等技术将virtuallp的流量转至endpoint中

2.2 NodePort

NodePort模式除了使用clusterip外，也将service的port映射到每个node的一个指定内部的port上，映射的每个node的内部port都一样。为每个节点暴露一个端口，通过nodeIP+nodeport可以访问你这个服务，同时服务依然会有cluster类型的ip+port。内部通过clusterip方式访问，外部通过nodeport方式访问

2.3 loadbalancer

loadbalancer在nodeport基础上，k8s可以请求底层云平台创建一个负载均衡器，将每个node作为后端，进行服务分发，该模式需要底层云平台（例如GCE）支持

2.4 lngress

lngress是一种http方式的路由转发机制由lngress controller和http代理服务器组合而成，lngress controller实例监控kubernetes api实时更新http代理服务器的转发规则。http代理服务器有GCE load-balancer、haproxy、nginx等开源方案

service是一个抽象概念，定义了一个服务的多个pod逻辑合集和访问pod的策略，一般把service称为微服务.举个例子一个a服务运行3个pod，b服务怎么访问a服务的pod，pod的ip都不是持久化的重启之后就会有变化。这时候b服务可以访问跟a服务绑定的service，service信息是固定的提前告诉b就行了，service通过Label Selector跟a服务的pod绑定,无论a的pod如何变化对b来说都是透明的

3 kubernetes代理方式

在Kubernetes集群中，每一个 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

从Kubernetes v1.0开始，已经可使用 userspace代理模式。Kubernetes v1.1添加了 iptables 代理模式，在Kubernetes v1.2中kube-proxy的 iptables模式成为默认设置。Kubernetes v1.8添加了ipvs代理模式

3.1 userspace代理模式

这种模式kube-proxy会监视 Kubernetes master对 Service对象和 Endpoints对象的添加和移除。对每一个 Service它会在本地 Node 上打开一个端口（随机选择）。任何链接到代理端口的请求，都会被代理到 Service的backend Pods中的某个上面（如 Endpoints所报告的同样）。使用哪一个 backend Pod，是 kube-proxy基于 SessionAffinity来肯定的

它配置iptables规则，捕获到达该 Service的 clusterIP（是虚拟 IP）和 Port 的请求，并重定向到代理端口，代理端口再代理请求到 backend Pod

默认状况下，userspace模式下的kube-proxy经过循环算法选择后端，默认的策略是，经过round-robin算法来选择 backend Pod

在这里插入图片描述

3.2 iptables 代理模式

这种模式，kube-proxy会监视Kubernetes控制节点对 Service对象和 Endpoints对象的添加和移除。对每一个 Service它会配置iptables规则，从而捕获到达该Service的clusterIP和端口的请求进而将请求重定向到Service的一组 backend中的某个上面。对于每一个 Endpoints对象，它也会配置 iptables规则，这个规则会选择一个backend组合。

默认的策略是kube-proxy在 iptables模式下随机选择一个backend

使用iptables处理流量具备较低的系统开销，由于流量由Linux netfilter处理，而无需在用户空间和内核空间之间切换。这种方法也可能更可靠。

若是kube-proxy在 iptables模式下运行，而且所选的第一个Pod 没有响应，则链接失败。这与userspace模式不一样；在这种状况下kube-proxy将检测到与第一个 Pod 的链接已失败，并会自动使用其余后端 Pod 重试。

咱们可使用Pod readiness探测器验证后端 Pod 是否能够正常工做，以便 iptables模式下的kube-proxy仅看到测试正常的后端。这样作意味着能够避免将流量经过kube-proxy发送到已知已失败的Pod

在这里插入图片描述

3.3 IPVS 代理模式

在 ipvs模式下kube-proxy监视Kubernetes服务Service和端点Endpoints调用 netlink接口相应地建立 IPVS规则，并按期将 IPVS规则与Kubernetes服务Service和端点Endpoints同步。该控制循环可确保IPVS状态与所需状态匹配。访问服务Service时，IPVS　将流量定向到后端Pod之一

IPVS代理模式基于相似于iptables模式的 netfilter挂钩函数，可是使用哈希表做为基础数据结构，而且在内核空间中工做。这意味着，与 iptables模式下的 kube-proxy相比，IPVS模式下的kube-proxy重定向通讯的延迟要短，而且在同步代理规则时具备更好的性能。与其余代理模式相比，IPVS模式还支持更高的网络流量吞吐量

IPVS提供了更多选项来平衡后端Pod的流量

rr: round-robin(循环)
lc: least connection (smallest number of open connections) (最小连接(打开连接的最小数量))
dh: destination hashing (目的地址哈希调度)
sh: source hashing (源地址哈希调度)
sed: shortest expected delay(最短的预期延迟)
nq: never queue(无须队列等待)

注意： 要在IPVS模式下运行kube-proxy必须在启动kube-proxy以前使IPVS Linux在节点上可用。当kube-proxy以IPVS代理模式启动时，它将验证IPVS内核模块是否可用。若是未检测到IPVS内核模块，则 kube-proxy将退回到以iptables代理模式运行

在这里插入图片描述

4 Service服务类型

ClusterIP：默认类型，自动分配一个仅Cluster内部能够访问的虚拟IP（只能在集群内部访问）
NodePort：经过每一个 Node 上的 IP和静态端口（NodePort）(范围30000-32767)暴露服务。以ClusterIP为基础NodePort服务会路由到 ClusterIP服务。经过请求<NodeIP>:<NodePort>能够从集群的外部访问一个集群内部的 NodePort服务ClusterIP和路由规则会自动创建
LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡器，能够向外部暴露服务。外部的负载均衡器能够路由到 NodePort服务和 ClusterIP服务
ExternalName创建一个dns别名指到service name上，主要是防止service name发生变化，要配合dns插件使用

5 实列

5.1 ClusterIP

[root@master ~]# vi network.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
  name: myapp-deploy 
  namespace: default 
spec: 
  replicas: 2 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: myapp 
      release: v1
  template:
    metadata: 
      labels: 
        app: myapp 
        release: v1 
    spec: 
      containers: 
      - name: myapp
        image: zhaojie10/httpd:v0.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: myapp-nodeport
  namespace: default
spec: 
  type: ClusterIP
  selector: 
    app: myapp
    release: v1
  ports: 
  - name: httpd
    port: 80
    targetPort: 80

# 应用资源清单文件，创建资源
[root@master ~]# kubectl apply -f network.yaml   
deployment.apps/myapp-deploy created
service/myapp-nodeport created

# 查看pod，service运行情况
[root@master ~]# kubectl get pods,svc
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/myapp-deploy-667bd747b6-6mkmq   1/1     Running   0          6m30s
pod/myapp-deploy-667bd747b6-wp65f   1/1     Running   0          6m30s

NAME                     TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes       ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP   5d22h
service/myapp-nodeport   ClusterIP   10.98.197.112   <none>        80/TCP    6m30s

# 查看iptables，规则

[root@master ~]# iptables -t nat -nvL | grep 'myapp-nodeport'
    0     0 KUBE-MARK-MASQ  all  --  *      *       10.244.2.173         0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */
    0     0 DNAT       tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ tcp to:10.244.2.173:80
    0     0 KUBE-MARK-MASQ  all  --  *      *       10.244.1.126         0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */
    2   120 DNAT       tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ tcp to:10.244.1.126:80
    2   120 KUBE-SVC-UJB7KAYNZVW7NK6H  tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            10.98.197.112        /* default/myapp-nodeport:httpd cluster IP */ tcp dpt:80
    2   120 KUBE-MARK-MASQ  tcp  --  *      *      !10.244.0.0/16        10.98.197.112        /* default/myapp-nodeport:httpd cluster IP */ tcp dpt:80
    2   120 KUBE-SEP-WXLK2WHO6A3V7JDH  all  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ statistic mode random probability 0.50000000000
    0     0 KUBE-SEP-BXPFXJRGQ62K7TWT  all  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */


# 访问测试
[root@master ~]# curl 10.98.197.112
This is V1!

5.2 NodePort

[root@master ~]# vi network.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
  name: myapp-deploy 
  namespace: default 
spec: 
  replicas: 2 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: myapp 
      release: v1
  template:
    metadata: 
      labels: 
        app: myapp 
        release: v1 
    spec: 
      containers: 
      - name: myapp
        image: zhaojie10/httpd:v0.1
        imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: myapp-nodeport
  namespace: default
spec: 
  type: NodePort  // 指定NodePort类型
  selector: 
    app: myapp
    release: v1
  ports: 
  - name: httpd
    port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30001   //指定对外端口

# 应用修改后的资源定义文件，重启pods
[root@master ~]# kubectl apply -f network.yaml 
deployment.apps/myapp-deploy unchanged
service/myapp-nodeport configured

# 查看pods,service状态
[root@master ~]# kubectl get pod,svc
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/myapp-deploy-667bd747b6-6mkmq   1/1     Running   0          30m
pod/myapp-deploy-667bd747b6-wp65f   1/1     Running   0          30m

NAME                     TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
service/kubernetes       ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP        5d23h
service/myapp-nodeport   NodePort    10.98.147.133   <none>        80:30001/TCP   30m

# 查看iptables 规则
[root@master ~]# iptables -t nat -nvL | grep 'myapp-nodeport'
    1    60 KUBE-SVC-UJB7KAYNZVW7NK6H  tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ tcp dpt:30001
    0     0 KUBE-MARK-MASQ  all  --  *      *       10.244.2.173         0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */
    0     0 DNAT       tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ tcp to:10.244.2.173:80
    0     0 KUBE-MARK-MASQ  all  --  *      *       10.244.1.126         0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */
    1    60 DNAT       tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ tcp to:10.244.1.126:80
    0     0 KUBE-SVC-UJB7KAYNZVW7NK6H  tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            10.98.147.133        /* default/myapp-nodeport:httpd cluster IP */ tcp dpt:80
    0     0 KUBE-MARK-MASQ  tcp  --  *      *      !10.244.0.0/16        10.98.147.133        /* default/myapp-nodeport:httpd cluster IP */ tcp dpt:80
    1    60 KUBE-MARK-MASQ  tcp  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ tcp dpt:30001
    1    60 KUBE-SEP-WXLK2WHO6A3V7JDH  all  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */ statistic mode random probability 0.50000000000
    0     0 KUBE-SEP-BXPFXJRGQ62K7TWT  all  --  *      *       0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/myapp-nodeport:httpd */

# 访问测试
[root@master ~]# curl 192.168.25.146:3000
This is V1!

5.3 ExternalName

[root@master ~]# vi network.yaml 
apiVersion: apps/v1 
kind: Deployment 
metadata: 
  name: myapp-deploy 
  namespace: default 
spec: 
  replicas: 2 
  selector: 
    matchLabels: 
      app: myapp 
      release: v1
  template:
    metadata: 
      labels: 
        app: myapp 
        release: v1 
    spec: 
      containers: 
      - name: httpd
        image: zhaojie10/httpd:v0.2  //此处将镜像，更换为基于contos编译的httpd镜像
        imagePullPolicy: IfNotPresent
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata: 
  name: myapp-externalname
  namespace: default
spec: 
  type: ExternalName  //指定类型
  externalName: my.k8s.example.com

# 使用修改过后的资源定义文件，重启pods
[root@master ~]# kubectl apply -f network.yaml 
deployment.apps/myapp-deploy configured
service/myapp-externalname unchanged


# 查看pod，service状态
[root@master ~]# kubectl get pod,svc
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/myapp-deploy-6768948cc-5gkk9   1/1     Running   0          9m8s
pod/myapp-deploy-6768948cc-gf5cnr   1/1     Running   0          9m6s

NAME                         TYPE           CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP          PORT(S)   AGE
service/kubernetes           ClusterIP      10.96.0.1    <none>               443/TCP   6d
service/myapp-externalname   ExternalName   <none>       my.k8s.example.com   <none>    32m

# 此处Type，改为 ExternalName模式了

ExternalName类型的Service经过返回CNAME和它的值，能够将服务映射到externalName字段的内容（例如：my.k8s.example.com；能够实现跨namespace名称空间访问）。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，它经过返回该外部服务的别名这种方式提供服务