【3】K8S核心对象之Service

参考 k8s-tutorial-cn

Service介绍

Service为Pod提供了网络访问、负载均衡以及服务发现等功能。
Service 位于 pod 的前面，负责接收请求并将它们传递给它后面的所有pod。一旦服务中的 Pod 集合发生更改，Endpoints 就会被更新，请求的重定向自然也会导向最新的 pod。

不同类型的Service

ClusterIP
- 原理：使用这种方式发布时，会为Service提供一个固定的集群内部虚拟IP，供集群内（包含节点）访问。
- 场景：内部数据库服务、内部API服务等。
NodePort
- 原理：通过每个节点上的 IP 和静态端口发布服务。这是一种基于ClusterIP的发布方式，因为它应用后首先会生成一个集群内部IP，然后再将其绑定到节点的IP和端口，这样就可以在集群外通过 nodeIp:port 的方式访问服务。
- 场景：Web应用程序、REST API等。
LoadBalancer
- 原理：这种方式又基于 NodePort，另外还会使用到外部由云厂商提供的负载均衡器。由后者向外发布 Service。一般在使用云平台提供的Kubernetes集群时，会用到这种方式。
- 场景：Web应用程序、公开的API服务等。
Headless
- 原理：这种方式不会分配任何集群IP，也不会通过Kube-proxy进行反向代理和负载均衡，而是通过DNS提供稳定的网络ID来访问，并且DNS会将无头Service的后端解析为Pod的后端IP列表，以供集群内访问（不含节点），属于向内发布。
- 场景：一般提供给StatefulSet使用。
ExternalName
- 原理：与上面提到的发布方式不太相同，这种方式是通过CNAME机制将外部服务引入集群内部，为集群内提供服务，属于向内发布。
- 场景：连接到外部数据库服务、外部认证服务等。

ClusterIP

提示

ClusterIP在集群内部分配一个固定的、具有负载均衡的ip指向Pod服务，集群内部可以通过这个固定的ip地址访问pod服务。

ClusterIP通过分配集群内部IP来在集群内（包含节点）暴露服务，可以在集群内通过clusterIP:port 访问到pod服务，集群外则无法访问。
这种方式适用于那些不需要对外暴露的服务，如节点守护agent等。

# 部署deployment
kubectl apply -f deployment-go-http.yaml
# 修改镜像
kubectl set image deployment/hellok8s-go-http hellok8s=leigg/hellok8s:v3_hostname
# 等待pod更新
kubectl get pods --watch

更新成功后，编写Service配置文件service-clusterip.yaml

# service-clusterip.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-clusterip
spec:
  type: ClusterIP  # 这行是默认的，可省略
#  sessionAffinity: ClientIP # or None, 设置会话亲和性（ClientIP表示同一客户端ip的请求会路由到同个Pod）
#  sessionAffinityConfig:
#    clientIP:
#      timeoutSeconds: 3600 # 范围 0~86400，默认10800（3h）
  selector:
    app: hellok8s  # 通过selector关联pod组
  ports:
    - port: 3000 # service端口
      targetPort: 3000 # 后端pod端口

Session affinity（会话亲和性）

Session affinity的效果仅会在一定时间期限内生效，默认值为10800秒，超出此时长之后，客户端的再次访问会被调度算法重新调度。另外，Service资源的Session affinity机制仅能基于客户端IP地址识别客户端身份，它会把经由同一个NAT服务器进行源地址转换的所有客户端识别为同一个客户端，调度粒度粗糙且效果不佳，因此，实践中并不推荐使用此种方法实现会话粘性。

# 应用配置文件
kubectl apply -f service-clusterip.yaml
# 查看服务
> kubectl get svc
NAME                         TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes                   ClusterIP   10.43.0.1     <none>        443/TCP    5d23h
service-hellok8s-clusterip   ClusterIP   10.43.25.35   <none>        3000/TCP   30m
# 查看Service后端的逻辑Pod组的信息
> kubectl get endpoints
NAME                         ENDPOINTS                                         AGE
kubernetes                   10.20.30.5:6443                                   5d23h
service-hellok8s-clusterip   10.42.0.33:3000,10.42.1.54:3000,10.42.1.55:3000   31m
# 创建出来的ClusterIP 10.43.25.35，在master,nodes节点上都能访问，集群外访问不到

多次访问http://10.43.25.35:3000会发现hostname变化，说明service进行了负载均衡

> curl http://10.43.25.35:3000
[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-go-http-7c57cd6487-rkpxp
> curl http://10.43.25.35:3000
[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-go-http-7c57cd6487-sw6sk

NodePort

提示

NodePort在ClusterIP上进行扩展，在集群中的每个节点上都开放了供集群外部访问的端口nodePort，集群外部可以通过nodePort访问集群内部的pod服务。

ClusterIP只能在集群内访问Pod服务，而NodePort则进一步将服务暴露到集群节点的静态端口上。
比如k8s集群有2个节点：node1和node2，暴露后就可以通过 node1-ip:port 或 node2-ip:port 的方式来稳定访问Pod服务。

# service-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
    - port: 3000 # Service端口
      protocol: TCP # 协议
      targetPort: 3000 # 容器端口
      nodePort: 30000  # 节点固定端口。在NodePort类型中，k8s要求在 30000-32767 范围内，否则apply报错
    # 若需要暴露多个端口，则按下面形式
#    - name: http
#      protocol: TCP
#      port: 80
#      targetPort: 9376
#    - name: https
#      protocol: TCP
#      port: 443
#      targetPort: 9377

# 应用service
kubectl apply -f service-nodeport.yaml
# 查看service
> kubectl get svc
NAME                        TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes                  ClusterIP   10.43.0.1       <none>        443/TCP          37m
service-hellok8s-nodeport   NodePort    10.43.128.116   <none>        3000:30000/TCP   4s

在master、node节点可以通过curl http://10.43.128.116:3000访问服务。
在集群内外使用curl或在局域网使用浏览器都可以通过http://10.20.30.8:30000/或http://10.20.30.5:30000/访问服务

LoadBalancer

提示

LoadBalancer在NodePort上进行扩展，支持使用云提供商的负载均衡器向外暴露服务，在不支持LoadBalance Service的环境中运行类似NodePort Service。

LoadBalancer 是通过使用云提供商的负载均衡器（一般叫做SLB，Service LoadBalancer）的方式向外暴露服务。
负载均衡器可以将集群外的流量转发到集群内的节点，后者再转发到Pod，假如你在 AWS 的 EKS 集群上创建一个 Type 为 LoadBalancer 的 Service。它会自动创建一个 ELB (Elastic Load Balancer) ，并可以根据配置的 IP 池中自动分配一个独立的 IP 地址，可以供外部访问。
在大多数K8s云提供商的环境中，K8s集群可以通过负载均衡器使得LoadBalance Service拥有一个公网IP。以便真正地对外暴露服务。但如果K8s在不支持LoadBalance Service的环境中运行，则不会调配负载均衡器。此时该服务将会表现的像是一个NodePort Service，因为LoadBalance Service是对NodePort Service的拓展。

使用 LoadBalancer 创建服务的步骤：

创建一个包含Pod的Deployment。
创建一个 Service，其中指定了上述 Deployment 中定义的 Pod 的 selector。
在 Service yaml 文件中指定 type: LoadBalancer。
应用 Service 文件并等待 Kubernetes 和云服务提供商之间的交互完成。
查看 External IP，它是分配给 Kubernetes 中新创建的 LoadBalancer 的 IP 地址，该地址可以用于访问您的应用程序。

下面是loadbalance service的示例，创建私网SLB，基于K3S的Klipper Load Balancer

# hellok8s-loadbalance-service.yaml
apiVersion: v1
# 资源类型
kind: Service
metadata:
  # 资源名称
  name: hellok8s-loadbalance-service
spec:
  # Service类型
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
  - port: 997 # 服务监听端口
    targetPort: 3000  # 服务将请求转发到Pod的目标端口
    # 在集群各节点所打开的端口, 使得可以通过集群中任一节点IP、nodePort端口号访问该服务
    nodePort: 32329

> kubectl get svc -o wide
NAME                           TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP             PORT(S)                      AGE   SELECTOR
hellok8s-loadbalance-service   LoadBalancer   10.43.156.107   10.20.30.5,10.20.30.8   997:32329/TCP                104s   app=hellok8s

可以看到Service服务的EXTERNAL-IP列显示已经被分配了两个节点的IP，接下来在master节点上做测试

curl http://10.43.156.107:32329 X 无法访问
curl http://10.43.156.107:997   OK 访问正常
curl http://10.20.30.5:997      OK 访问正常
curl http://10.20.30.8:997      OK 访问正常
curl http://10.20.30.5:32329    OK 访问正常
curl http://10.20.30.8:32329    OK 访问正常

Headless

Headless简单理解

headless服务其实是分配一个固定的DNS域名来访问Pod服务，为pod提供了一个固定的地址，不需要生成ClusterIP和为其做负载均衡。此dns只有在集群内部的pod访问才能访问，集群内节点机器、集群外都不能访问。

创建service文件

# service-clusterip-headless.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-clusterip-headless
spec:
  type: ClusterIP  # 这行是默认的，可省略
#  sessionAffinity: ClientIP # or None, 设置会话亲和性（ClientIP表示同一客户端ip的请求会路由到同个Pod）
#  sessionAffinityConfig:
#    clientIP:
#      timeoutSeconds: 3600 # 范围 0~86400，默认10800（3h）
  clusterIP: None # None 表示不分配集群IP
  selector:
    app: hellok8s  # 通过selector 选择映射的pod
  ports:
    - port: 3000 # service端口
      targetPort: 3000 # 后端pod端口

创建pod文件（包含curl和nslookup命令），用于测试访问定义好的service

# pod_curl.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: curl
  labels:
    app: curl
  annotations:
    key1: "value1"
    description: The `curl` command is a powerful tool used to make HTTP requests from the command line.
      It is versatile and supports various protocols, including HTTP, HTTPS, FTP, FTPS, and more.
spec:
  containers:
    - name: curl-container
      image: appropriate/curl
      command: [ "sh","-c", "sleep 1h" ]

# 应用配置文件
kubectl apply -f service-clusterip-headless.yaml
# 应用pod文件
kubectl apply -f pod_curl.yaml
# 查询service
> kubectl get svc
NAME                                  TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes                            ClusterIP   10.43.0.1    <none>        443/TCP    22h
service-hellok8s-clusterip-headless   ClusterIP   None         <none>        3000/TCP   3s
# 进入curl pod容器，测试通过headless service dns访问对应的pod
> kubectl exec -it curl -- /bin/sh
/ # curl service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local:3000
[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-go-http-7c57cd6487-dx6t4
/ # curl service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local:3000
[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-go-http-7c57cd6487-6rd7q
/ # nslookup service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local
nslookup: can't resolve '(null)': Name does not resolve

Name:      service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local
Address 1: 10.42.1.9 10-42-1-9.service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local
Address 2: 10.42.1.10 10-42-1-10.service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local
Address 3: 10.42.0.12 10-42-0-12.service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local

这里的service-hellok8s-clusterip-headless.default.svc.cluster.local就是Service提供给集群内部访问Pod组的域名，组成方式为{ServiceName}.{Namespace}.svc.{ClusterDomain}，其中ClusterDomain表示集群域，默认为cluster.local， Namespace在Service的yaml文件中未指定那就是default。

通过curl访问dns地址可以看到请求下发到多个pod上了，但这并不是k8s提供的负载均衡，而只是简单的dns轮训，并不能根据服务器当前的状态（用户数、资源消耗情况）实现智能分配。
通过nslookup查看域名的DNS信息，可以看到Service域名指向三个Pod IP，并且它们还有对应的专有域名，但因为Pod IP非固定，所以这个专有域名也没任何作用。
在master或node节点上无法访问此dns地址，只能在集群pod内部访问。
内部服务除了直接调用域名访问服务之外，还可解析域名来根据需求决定访问哪个Pod。这种方式更适合StatefulSet产生的有状态Pod（例如数据库集群）。

ExternalName

ExternalName简单理解

定义一个ExternalName指向某个域名，例如www.baidu.com，然后可以在集群内的任何一个pod上访问这个service的域名，请求service域名将自动重定向到www.baidu.com。ExternalName一般用在集群内部需要调用外部服务的时候，比如云服务商部署的DB等服务

ExternalName也是k8s中一个特殊的Service类型，它不需要设置selector去选择为哪些pods实例提供服务，而是使用DNS CNAME机制把svc指向另外一个域名，这个域名可以是任何能够访问的虚拟地址（不可以是IP），比如mysql.db.svc这样的建立在db命名空间内的mysql服务，也可以指定www.baidu.com这样的外部真实域名。

# service-externalname.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-externalname  # 这个名称用来在集群内作为host访问
  namespace: default  # 可省略
spec:
  type: ExternalName
  externalName: www.baidu.com # 只能是一个有效的dns地址，不能包含 /，也不能是IP（可定义但无法正常解析）

# 应用ExternalName
kubectl apply -f service-externalname.yaml
# 依旧使用curl pod做测试
> kubectl exec -it curl -- /bin/sh
/ # ping service-hellok8s-externalname.default.svc.cluster.local
PING service-hellok8s-externalname.default.svc.cluster.local (180.101.50.188): 56 data bytes
64 bytes from 180.101.50.188: seq=0 ttl=48 time=29.004 ms
......
# 这里响应ip 180.101.50.188 是百度的
/ # nslookup service-hellok8s-externalname.default.svc.cluster.local
nslookup: can't resolve '(null)': Name does not resolve

Name:      service-hellok8s-externalname.default.svc.cluster.local
Address 1: 180.101.50.242
Address 2: 180.101.50.188
Address 3: 240e:e9:6002:15c::ff:b015:146f
Address 4: 240e:e9:6002:15a::ff:b05c:1278

注：无法通过curl测试达到访问百度的效果，curl不具备DNS解析功能，拿不到百度服务器IP

无头Service + Endpoints

ExternalName只能指向域名，实际场景中更多是使用固定ip访问其他服务，这里就需要使用Headless Service+Endpoints来实现

# service-headless-endpoints.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-headless-and-endpoint # 与下面Endpoints的 meta.name 必须一致
spec:
  clusterIP: None # headless service
#  selector: {}  # 不填写selector
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80 # 与下面的port必须一致，否则无法正常转发
---
apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  name: service-headless-and-endpoint
subsets:
  - addresses:
      - ip: 110.242.68.66 # baidu.com ip
    ports:
      - port: 80

> kubectl apply -f service-headless-endpoints.yaml 
service/service-headless-and-endpoint created
endpoints/service-headless-and-endpoint created
# 进入curl容器
> kubectl exec -it curl -- /bin/sh
/ # ping service-headless-and-endpoint.default.svc.cluster.local
PING service-headless-and-endpoint.default.svc.cluster.local (110.242.68.66): 56 data bytes
64 bytes from 110.242.68.66: seq=0 ttl=49 time=41.666 ms
......
# 可以看到service-headless-and-endpoint域名已指向了ip 110.242.68.66

Endpoints对象一般不需要手动创建，Service controller会在service创建时自动创建，只有在需要关联集群外的服务时可能用到

搭配`External IP`

ExternalIP是Service模板中的一个配置字段，位置是spec.externalIP。前面小节介绍的 ClusterIP（含Headless）/NodePort/LoadBalancer/ExternalName 五种Service都可以搭配 ExternalIP 使用。

配置此字段后，在原模板提供的功能基础上，还可以将Service注册到指定的External IP（通常是节点网段内的空闲IP）上，从而增加Service的一种暴露方式。

# service-clusterip-external-ip.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-clusterip-external-ip
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
    - port: 3000
      targetPort: 3000
  externalIPs:
    - 10.50.50.33 # 任意局域网IP都可

spec.externalIP可以配置为任意局域网IP，而不必是节点网段内的ip，Service Controller会自动为每个节点添加路由。

# 应用service
kubectl apply -f service-clusterip-external-ip.yaml
# 查看service
> kubectl get svc
NAME                                     TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
kubernetes                               ClusterIP   10.43.0.1     <none>        443/TCP    25h
service-hellok8s-clusterip-external-ip   ClusterIP   10.43.30.41   10.50.50.33   3000/TCP   3s
# 通过EXTERNAL-IP访问服务
> curl http://10.50.50.33:3000
[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-go-http-7c57cd6487-tp522

【3】K8S核心对象之Service

Service介绍​

不同类型的Service​

ClusterIP​

NodePort​

LoadBalancer​

Headless​

ExternalName​

无头Service + Endpoints​

搭配External IP​