kubernetes(五)系列之Service

Service

经过前面几节的练习，可能你会有一些疑惑：

为什么 pod 不就绪 (Ready) 的话，kubernetes 不会将流量重定向到该 pod，这是怎么做到的？
前面访问服务的方式是通过 port-forword 将 pod 的端口暴露到本地，不仅需要写对 pod 的名字，一旦 deployment 重新创建新的 pod，pod 名字和 IP 地址也会随之变化，如何保证稳定的访问地址呢？。
如果使用 deployment 部署了多个 Pod 副本，如何做负载均衡呢？

kubernetes 提供了一种名叫 Service 的资源帮助解决这些问题，它为 pod 提供一个稳定的 Endpoint。Servie 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。

ClusterIP

我们先来看看 Service 默认使用的 ClusterIP 类型，首先做一些准备工作，在之前的 hellok8s:v2 版本上加上返回当前服务所在的 hostname 功能，升级到 v3 版本。

go
package main

import (
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
	"os"
)

func hello(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	host, _ := os.Hostname()
	io.WriteString(w, fmt.Sprintf("[v3] Hello, Kubernetes!, From host: %s", host))
}

func main() {
	http.HandleFunc("/", hello)
	http.ListenAndServe(":3000", nil)
}

Dockerfile 和之前保持一致，打包 tag=v3 并推送到远程仓库。

shell
docker build . -t guangzhengli/hellok8s:v3

docker push guangzhengli/hellok8s:v3

修改 deployment 的 hellok8s 为 v3 版本。执行 kubectl apply -f deployment.yaml 更新 deployment。

yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hellok8s-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hellok8s
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hellok8s
    spec:
      containers:
        - image: guangzhengli/hellok8s:v3
          name: hellok8s-container

接下来是 Service 资源的定义，我们使用 ClusterIP 的方式定义 Service，通过 kubernetes 集群的内部 IP 暴露服务，当我们只需要让集群中运行的其他应用程序访问我们的 pod 时，就可以使用这种类型的Service。首先创建一个 service-hellok8s-clusterip.yaml` 文件。

yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-clusterip
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
  - port: 3000
    targetPort: 3000

首先通过 kubectl get endpoints 来看看 Endpoint。被 selector 选中的 Pod，就称为 Service 的 Endpoints。它维护着 Pod 的 IP 地址，只要服务中的 Pod 集合发生更改，Endpoints 就会被更新。通过 kubectl get pod -o wide 命令获取 Pod 更多的信息，可以看到 3 个 Pod 的 IP 地址和 Endpoints 中是保持一致的，你可以试试增大或减少 Deployment 中 Pod 的 replicas，观察 Endpoints 会不会发生变化。

shell
kubectl apply -f service-hellok8s-clusterip.yaml

kubectl get endpoints
# NAME                         ENDPOINTS                                          AGE
# service-hellok8s-clusterip   172.17.0.10:3000,172.17.0.2:3000,172.17.0.3:3000   10s

kubectl get pod -o wide
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE    IP           NODE 
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5   1/1     Running   0          112s   172.17.0.7   minikube 
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t   1/1     Running   0          112s   172.17.0.3   minikube
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r   1/1     Running   0          112s   172.17.0.2   minikube
# nginx                                  1/1     Running   0          112s   172.17.0.9   minikube

kubectl get service
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
# service-hellok8s-clusterip   ClusterIP   10.104.96.153   <none>        3000/TCP   10s

接着我们可以通过在集群其它应用中访问 service-hellok8s-clusterip 的 IP 地址 10.104.96.153 来访问 hellok8s:v3 服务。

这里通过在集群内创建一个 nginx 来访问 hellok8s 服务。创建后进入 nginx 容器来用 curl 命令访问 service-hellok8s-clusterip 。

yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx-container
      image: nginx

shell
kubectl get pods
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r   1/1     Running   0          27m
# nginx                                  1/1     Running   0          41m

kubectl get service
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
# service-hellok8s-clusterip   ClusterIP   10.104.96.153   <none>        3000/TCP   10s

kubectl exec -it nginx-pod /bin/bash
# root@nginx-pod:/# curl 10.104.96.153:3000
# [v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r
# root@nginx-pod:/# curl 10.104.96.153:3000
#[v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t

可以看到，我们多次 curl 10.104.96.153:3000 访问 hellok8s Service IP 地址，返回的 hellok8s:v3 hostname 不一样，说明 Service 可以接收请求并将它们传递给它后面的所有 pod，还可以自动负载均衡。你也可以试试增加或者减少 hellok8s:v3 pod 副本数量，观察 Service 的请求是否会动态变更。调用过程如下图所示：

service-clusterip-fix-name

除了上述的 ClusterIp 的方式外，Kubernetes ServiceTypes 允许指定你所需要的 Service 类型，默认是 ClusterIP。Type 的值包括如下：

ClusterIP：通过集群的内部 IP 暴露服务，选择该值时服务只能够在集群内部访问。这也是默认的 ServiceType。
NodePort：通过每个节点上的 IP 和静态端口（NodePort）暴露服务。 NodePort 服务会路由到自动创建的 ClusterIP 服务。通过请求 <节点 IP>:<节点端口>，你可以从集群的外部访问一个 NodePort 服务。
LoadBalancer：使用云提供商的负载均衡器向外部暴露服务。外部负载均衡器可以将流量路由到自动创建的 NodePort 服务和 ClusterIP 服务上。
ExternalName：通过返回 CNAME 和对应值，可以将服务映射到 externalName 字段的内容（例如，foo.bar.example.com）。无需创建任何类型代理。

NodePort

我们知道kubernetes 集群并不是单机运行，它管理着多台节点即 Node，可以通过每个节点上的 IP 和静态端口（NodePort）暴露服务。如下图所示，如果集群内有两台 Node 运行着 hellok8s:v3，我们创建一个 NodePort 类型的 Service，将 hellok8s:v3 的 3000 端口映射到 Node 机器的 30000 端口 (在 30000-32767 范围内)，就可以通过访问 http://node1-ip:30000 或者 http://node2-ip:30000 访问到服务。

service-nodeport-fix-name

这里以 minikube 为例，我们可以通过 minikube ip 命令拿到 k8s cluster node IP地址。下面的教程都以我本机的 192.168.59.100 为例，需要替换成你的 IP 地址。

shell
minikube ip
# 192.168.59.100

接着以 NodePort 的 ServiceType 创建一个 Service 来接管 pod 流量。通过minikube 节点上的 IP 192.168.59.100 暴露服务。 NodePort 服务会路由到自动创建的 ClusterIP 服务。通过请求 <节点 IP>:<节点端口> -- 192.168.59.100:30000，你可以从集群的外部访问一个 NodePort 服务，最终重定向到 hellok8s:v3 的 3000 端口。

yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-hellok8s-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: hellok8s
  ports:
  - port: 3000
    nodePort: 30000

创建 service-hellok8s-nodeport Service 后，使用 curl 命令或者浏览器访问 http://192.168.59.100:30000 可以得到结果。

shell
kubectl apply -f service-hellok8s-nodeport.yaml

kubectl get service
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
# service-hellok8s-nodeport    NodePort    10.109.188.161   <none>        3000:30000/TCP   28s

kubectl get pods
# NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t   1/1     Running   0          27m
# hellok8s-deployment-5d5545b69c-9gm8r   1/1     Running   0          27m

curl http://192.168.59.100:30000
# [v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-9g94t

curl http://192.168.59.100:30000
# [v3] Hello, Kubernetes!, From host: hellok8s-deployment-5d5545b69c-24lw5

LoadBalancer

LoadBalancer 是使用云提供商的负载均衡器向外部暴露服务。外部负载均衡器可以将流量路由到自动创建的 NodePort 服务和 ClusterIP 服务上，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。

这里因为我们使用的是 minikube，可以使用 minikube tunnel 来辅助创建 LoadBalancer 的 EXTERNAL_IP，具体教程可以查看官网文档，但是和实际云提供商的 LoadBalancer 还是有本质区别，所以 Repository 不做更多阐述，有条件的可以使用 AWS 的 EKS 集群上创建一个 ELB (Elastic Load Balancer) 试试。

下图显示 LoadBalancer 的 Service 架构图。

service-loadbalancer-fix-name

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