概念介紹

Kubernetes是一個開源的容器編排平臺，用于自動化部署、擴展和管理容器化應用。在Kubernetes中，Service是一種抽象，它定義了一組Pod的邏輯集合，并且能夠在這些Pod之間實現負載均衡。Service 使得我們可以通過一個固定的IP地址或DNS名稱訪問Pod，即使這些Pod的數量和位置在不斷變化。

Service實現方式

1.userspace

在userspace模式下，kube-proxy會為每個Service創建一個監聽端口。通過Iptables規則，發往Cluster IP的請求被重定向到kube-proxy監聽的端口。kube-proxy根據負載均衡算法選擇一個服務的Pod，與其建立連接并將請求轉發給該Pod。在這種模式下，kube-proxy充當四層負載均衡器的角色。由于kube-proxy在用戶空間運行，轉發過程中涉及內核與用戶空間之間的數據拷貝，雖然這種方式較為穩定，但效率相對較低。

kube-proxy userspace模式

2.iptables

在iptables模式下，kube-proxy為每個Service的后端Pod創建相應的iptables規則，將發往Cluster IP的請求直接重定向到一個Pod IP。這種模式下，kube-proxy并不充當四層負載均衡器的角色，只負責創建和維護iptables規則。相比于userspace模式，iptables模式的效率更高，但無法提供靈活的負載均衡策略，并且當后端Pod不可用時也無法進行請求重試。

kube-proxy iptables模式

3.ipvs

IPVS模式與 iptables 類似，kube-proxy通過監控Pod的變化來創建相應的IPVS規則。與 iptables 相比，IPVS轉發效率更高，并且支持更多的負載均衡算法。

kube-proxy ipvs模式

Service 的類型

Service的資源清單文件：

kind:Service# 資源類型
apiVersion:v1# 資源版本
metadata:# 元數據
  name:service# 資源名稱
  namespace:dev# 命名空間
spec:# 描述
  selector:# 標簽選擇器，用于確定當前service代理哪些pod
    app:nginx
  type:# Service類型，指定service的訪問方式
  clusterIP:# 虛擬服務的ip地址
  sessionAffinity:# session親和性，支持ClientIP、None兩個選項
  ports:# 端口信息
    -protocol:TCP
      port:3017# service端口
      targetPort:5003# pod端口
      nodePort:31122# 主機端口

Kubernetes 提供了幾種類型的 Service，以滿足不同的需求：

• ClusterIP：默認類型，創建一個只能在集群內部訪問的虛擬IP。
• NodePort：在每個Node上打開一個特定的端口，并將流量轉發到ClusterIP。
• LoadBalancer：使用云提供商的負載均衡器，將外部流量分發到NodePort和ClusterIP。
• ExternalName：將服務映射到外部的DNS名稱。

部署一個簡單的 Web 應用

接下來，我們通過一個實際案例來展示如何創建和使用 Service。假設我們有一個簡單的 Nginx Web 應用，我們將使用 Kubernetes 部署它，并通過 Service 進行訪問。

Step 1: 創建 Deployment

首先，我們需要創建一個 Deployment 來部署 Nginx 容器。創建一個名為 nginx-deployment.yaml 的文件，內容如下：

apiVersion:apps/v1
kind:Deployment
metadata:
  name:nginx-deployment
  labels:
    app:nginx
spec:
  replicas:3
  selector:
    matchLabels:
      app:nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app:nginx
    spec:
      containers:
      -name:nginx
        image:nginx:1.17.1
        ports:
        -containerPort:80

使用以下命令來應用這個 Deployment：

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml

創建完成后，查看每個pod的IP地址，如下圖所示：

Step 2: 創建 Service

現在，我們創建一個 Service 來暴露這個 Deployment。創建一個名為 nginx-service.yaml 的文件，內容如下：

apiVersion:v1
kind:Service
metadata:
  name:nginx-service
spec:
  selector:
    app:nginx
  ports:
    -protocol:TCP
      port:80
      targetPort:80
  type:ClusterIP

使用以下命令來應用這個 Service：

kubectl apply -f nginx-service.yaml

Step 3: 驗證 Service

應用成功后，我們可以使用以下命令來查看 Service 的詳情：

kubectl get services

你應該會看到類似如下的輸出：

通過 Service 的CLUSTER-IP，我們可以在集群內部訪問 Nginx 服務。

HeadlessService的概念和應用

在某些應用場景中，客戶端應用不需要通過Kubernetes內置 Service 實現的負載均衡功能，或需要自行完成對服務后端各實例的服務發現機制，或者自行實現負載均衡功能。這時，可以創建一種特殊的服務類型，稱為 Headless Service。

Headless Service的特點是，這種服務沒有入口訪問地址（即沒有 ClusterIP 地址），kube-proxy不會為其創建負載轉發規則。其服務名（DNS 域名）的解析機制則取決于該 Headless Service 是否設置了 Label Selector。

1.已設置Label Selector

如果Headless Service設置了Label Selector，Kubernetes則將根據Label Selector查詢后端Pod列表，自動創建Endpoint列表，將服務名（DNS域名）的解析機制設置為：當客戶端訪問該服務名時，得到的是全部Endpoint列表（而不是一個確定的IP地址)。以下面的Headless Service為例，其設置了Label Selector：

apiversion:v1
kind:Service
metadata:
  name:nginx
  labels:
    app:nginx
spec:
  ports:
  -port:80
  clusterIP:None
  selector:
    app:nginx

使用kubectl create命令創建完之后，可以查看該Headless Service的詳細信息，可以看到后端的Endpoint列表：

用nslookup工具對Headless Service名稱嘗試域名解析，將會看到DNS系統返回的全部Endpoint的IP地址，例如:

結論

通過本教程，我們學習了如何在 Kubernetes 中創建和使用 Service 來暴露應用。我們通過一個簡單的 Nginx 部署案例，演示了如何使用 ClusterIP 和 NodePort 類型的 Service。掌握這些基本概念和操作后，可以更輕松地管理和擴展 Kubernetes 集群中的應用服務。