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深入kubernetes掌握核心概念--Service

一、概念

Service主要用于提供网络服务，通过Service的定义，能够为客户端
应用提供稳定的访问地址（域名或IP地址）和负载均衡功能，以及屏蔽
后端Endpoint的变化，它是Kubernetes实现微服务的核心资源。

本章对Service的概念、负载均衡机制、多端口号、外部服务、暴露到集群外、
支持的网络协议、服务发现机制、Headless Service、端点分片和服务拓
扑等内容进行认识学习。

二、什么是service?

Service 是一种抽象概念，用于定义一组 Pod 的访问入口。它就像一个虚拟的代理，将来自外部的请求转发到后端 Pod 的集合中。

再理解一遍：Service是一个抽象层，它定义了一种访问和暴露一组运行在Pods中的应用的方法。Service能够提供负载均衡和服务发现，让客户端无需关心后端Pod的复杂性。

三、Service 的核心功能

服务发现与负载均衡

  • Kubernetes Service 为一组具有相同标签（label）的 Pod 提供了一个稳定的网络入口点。通过定义 Service，Kubernetes 会在集群内部为 Service 分配一个固定的 ClusterIP，客户端只需通过这个 IP 地址就可以访问到背后的所有 Pod。
  • Service 提供了一种抽象层，可以实现负载均衡，将客户端请求均匀地分布到后端关联的多个 Pod 上，从而提高系统的可靠性和性能。

服务抽象

  • Service 将一组具有相同功能的 Pod 抽象成一个单一的服务实体，隐藏了底层的 Pod 实例变化，如 Pod 的创建、销毁、扩容、缩容等操作都不会影响客户端对服务的访问。
    网络代理：

  • Kubernetes 通过 iptables 规则或者 kube-proxy 组件实现代理功能，透明地将到达 Service ClusterIP 的流量转发到后端的 Pod 上。

多类型暴露

  • Kubernetes Service 支持多种类型的暴露方式，如 ClusterIP（仅集群内部访问）、NodePort（通过节点端口暴露到集群外部）、LoadBalancer（借助云提供商的负载均衡器暴露到公网）以及 ExternalName（将 Service 映射到外部 DNS 名称）。

健康检查与自动摘除

  • 当 Service 与 Endpoint Controller 结合使用时，能够自动跟踪后端 Pod 的健康状态，并将不健康的 Pod 从服务负载均衡列表中移除，直到其恢复正常。
    Session Affinity（会话保持）：

  • 对于部分需要会话一致性的应用，Service 支持客户端 IP 会话保持，确保来自同一客户端的请求始终路由到相同的后端 Pod。

DNS 解析

  • Kubernetes 为每个 Service 自动生成 DNS 记录，使得集群内部的其他 Pod 或 Service 可以通过域名而非 IP 地址来访问它。

四、Service 类型

Kubernetes 提供了四种类型的 Service：

ClusterIP: 默认的服务类型，将 Service 暴露在集群内部，只能在集群内部访问。
NodePort: 将 Service 暴露在所有节点的指定端口上，可以通过节点 IP 地址访问。
LoadBalancer: 创建一个外部负载均衡器，将 Service 暴露到外部网络。
ExternalName: 将 Service 映射到外部 DNS 名称上，无需创建负载均衡器。

示例代码：

  1. ClusterIP 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: internal-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 8080
  1. NodePort 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nodeport-service
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 8080
    nodePort: 30080
  1. LoadBalancer 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: load-balancer-service
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 8080
  # 可选，指定预设的负载均衡器IP
  # loadBalancerIP: X.X.X.X
  1. ExternalName 示例：
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: external-database-service
spec:
  type: ExternalName
  externalName: some.database.example.com

五、Service 实现机制

1.Service 实现主要依赖两个组件：

Endpoints: Endpoints 是由 kube-proxy 维护的一个动态更新的资源，其中包含了后端 Pod 的服务地址和端口号信息。

Selectors: Selectors 是 Service 中定义的标签匹配规则，用于选择后端 Pod。

当客户端向 Service 发送请求时，kube-proxy 会根据 Service 的 Selectors 筛选出匹配的后端 Pod，并从 Endpoints 中获取这些 Pod 的服务地址和端口号信息。

然后，kube-proxy 会将请求转发到其中一个 Pod 上，具体选择哪个 Pod 取决于所使用的负载均衡算法。

2.Kubernetes 提供了多种负载均衡算法

Round Robin: 轮询算法，将请求均匀地分配到所有可用的后端 Pod 上。
Random: 随机算法，随机选择一个后端 Pod 进行转发。
Least Connections: 最少连接算法，将请求转发到连接数最少的 Pod 上。
Source IP: 源 IP 算法，根据客户端的 IP 地址将请求转发到特定的 Pod 上。
ExternalTraffic: 外部流量算法，将来自外部集群的流量转发到特定的 Pod 上。

六、Service 实战应用

1.Web 应用负载均衡

将多个 Web Pod 部署在 Service 后面，实现负载均衡，提升 Web 应用的性能和可用性。

对于Web应用，通常我们会创建多个副本（Pod）并通过Service实现负载均衡。以下是一个简化的示例，首先创建一个Deployment以部署多个Web应用Pod，然后创建一个Service进行负载均衡。

Deployment YAML示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-app-deployment
spec:
  replicas: 3 # 设置三个副本
  selector:
    matchLabels:
      app: web-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web-app
    spec:
      containers:
      - name: web-container
        image: your-web-app-image:latest
        ports:
        - containerPort: 80 # 假设应用监听80端口

Service YAML示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-app-service
spec:
  type: ClusterIP # 或者 LoadBalancer，取决于是否需要公开到集群外部
  selector:
    app: web-app # 与Deployment的标签匹配
  ports:
  - port: 80 # Service监听的端口
    targetPort: 80 # Pod上对应的目标端口

微服务架构:

2.微服务架构负载均衡

将微服务架构中的各个服务封装成 Service，实现服务发现和负载均衡，方便服务之间的调用和通信。

在微服务架构中，每个服务都会有自己的Service。例如，假设有一个订单服务（order-service）需要被其他服务调用：

订单服务Deployment YAML示例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: order-service-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: order-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: order-service
    spec:
      containers:
      - name: order-container
        image: your-order-service-image:latest
        ports:
        - containerPort: 8080 # 假设订单服务监听8080端口

订单服务Service YAML示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: order-service-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: order-service
  ports:
  - port: 8080 # Service监听的端口
    targetPort: 8080 # Pod上对应的目标端口

3.数据库服务负载均衡（）

将数据库 Pod 部署在 Service 后面，实现负载均衡，避免单个数据库 Pod 成为性能瓶颈。

对于数据库服务，虽然通常不会进行传统的负载均衡（因为大多数数据库不支持横向扩展写操作）

但在高可用场景下，可以将多个数据库Pod组成一个ReplicaSet，并通过Service对外暴露，但这里的负载均衡主要是为了故障转移和读操作分发。

MySQL主从副本StatefulSet YAML示例：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql-replicas
spec:
  serviceName: mysql-service # 创建对应的Service
  replicas: 3 # 例如，两主一从
  ...

MySQL服务Service YAML示例（仅针对读操作负载均衡）：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql-service-read-only
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: mysql-replicas
  ports:
  - port: 3306 # MySQL服务端口
  sessionAffinity: ClientIP # 可以开启客户端IP会话保持，使得同一个客户端IP的读请求总是发送到同一个后端Pod

核心功能大总结

以上是对Kubernetes Service核心功能的表格，实际应用中，可以通过编写YAML文件来定义Service资源，比如：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  selector:
    app: web
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  type: ClusterIP
  sessionAffinity: ClientIP

在这个例子中，我们定义了一个类型为ClusterIP的服务web-service，它选择标签为app=web的Pod，并且启用了基于客户端IP的会话保持。

04-21 18:50
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