kubernetes核心概念 service(上)

kubernetes核心概念 Service

一、 service作用

使用kubernetes集群运行工作负载时，由于Pod经常处于用后即焚状态，Pod经常被重新生成，因此Pod对应的IP地址也会经常变化，导致无法直接访问Pod提供的服务，Kubernetes中使用了Service来解决这一问题，即在Pod前面使用Service对Pod进行代理，无论Pod怎样变化 ，只要有Label，就可以让Service能够联系上Pod，把PodIP地址添加到Service对应的端点列表（Endpoints）实现对Pod IP跟踪，进而实现通过Service访问Pod目的。

svc 特点：
服务发现，防止阴滚动升级等因素导致 Pod IP 发生改变而失联，找到提供同一个服务的 Pod。
负载均衡，定义一组 Pod 的访问策略。

svc 与 pod 关系：
pod 在创建时，与资源没有明确关联，通过 service 标签和 pod 标签相匹配来以此关联。
可以通过 endpoints 来查看关联的 pod。

二、kube-proxy三种代理模式

• kube-proxy三种代理模式：UserSpace模式、iptables模式、ipvs模式

2.1 UserSpace模式

userspace 模式是 kube-proxy 使用的第一代模式，该模式在 kubernetes v1.0 版本开始支持使用。

kube-proxy 会为每个 Service 随机监听一个端口(proxy port)，并增加一条 iptables 规则。所以通过 ClusterIP:Port 访问 Service 的报文都 redirect 到 proxy port，kube-proxy 从它监听的 proxy port 收到报文以后，走 round robin(默认) 或是 session affinity(会话亲和力，即同一 client IP 都走同一链路给同一 pod 服务)，分发给对应的 pod。

由于 userspace 模式会造成所有报文都走一遍用户态（也就是 Service 请求会先从用户空间进入内核 iptables，然后再回到用户空间，由 kube-proxy 完成后端 Endpoints 的选择和代理工作），需要在内核空间和用户空间转换，流量从用户空间进出内核会带来性能损耗，所以这种模式效率低、性能不高，不推荐使用

2.2 iptables模式

iptables 模式是 kube-proxy 使用的第二代模式，该模式在 kubernetes v1.1 版本开始支持，从 v1.2 版本开始成为 kube-proxy 的默认模式。

iptables 模式是 kube-proxy 的改进版，相比 userspace 模式有显著的性能提升。其工作原理如下：
(1).kube-proxy 同样监听 Kubernetes API 服务器中 Service 和 Endpoint 的变化。
不同的是，kube-proxy 使用 iptables 来设置网络规则。这些规则会直接在内核空间进行处理，而不是通过用户空间。
(2).当有新的 Service 创建时，kube-proxy 会生成相应的 iptables 规则，定义从 Service IP 和端口到后端 Pod 的 NAT 转发规则。
(3).数据包在内核空间直接被转发到相应的后端 Pod，减少了上下文切换，提高了转发性能。

iptables 模式的优点是性能更好，但在处理大量规则时，规则管理和更新可能会变得复杂。

2.3 ipvs模式

ipvs 模式被 kube-proxy 采纳为第三代模式，模式在 kubernetes v1.8 版本开始引入，在 v1.9 版本中处于 beta 阶段，在 v1.11 版本中正式开始使用。

ipvs 模式是 kube-proxy 的最新实现方式，使用 Linux 内核中的 IP Virtual Server (IPVS) 技术。其工作原理如下：

(1).kube-proxy 监听 Kubernetes API 服务器中 Service 和 Endpoint 的变化
(2).kube-proxy 使用 IPVS 来创建和维护负载均衡规则。IPVS 是内核中的一个模块，专门用于负载均衡，支持多种调度算法。
(3).当有新的 Service 创建时，kube-proxy 会使用 IPVS 创建相应的负载均衡规则，定义从 Service IP 和端口到后端 Pod 的转发规则。
(4).数据包在内核空间通过 IPVS 直接转发，性能更高，同时支持更多的负载均衡算法（如轮询、最小连接数、最短延迟等）。
(5).ipvs 模式的优点是性能最佳，支持更多的负载均衡算法和更复杂的网络规则，但需要内核支持 IPVS 模块。

三、 service类型

Service类型决定了访问Service的方法

3.1 service类型

• ClusterIP
  ClusterIP：这是 kubernetes 的默认方式。这其中根据是否会生成 ClusterIP 又分为普通 Service 和 Headless Service。 -普通 Service：创建的 Service 会分配一个集群内部可访问的固定虚拟 IP，这是最常使用的方式。 -Headless Service：创建的 Service 不会分配固定的虚拟 IP，同样也不会通过 kube-proxy 做反向代理和负载均衡，主要通过 DNS 提供稳定的网络 ID 进行访问，通常用于 StatefulSet 中。

• NodePort
  NodePort：使用 ClusterIP，并且将 Service 的 port 端口映射到集群中每个 Node 节点的相同端口 port，这样在集群外部访问服务可以直接使用 nodeIP:nodePort 进行访问。

• LoadBalancer
  LoadBalancer：在 NodePort 的基础上（也就是拥有 ClusterIP 和 nodePort），还会向所处的公有云申请负载均衡器 LB（负载均衡器的后端直接映射到各 Node 节点的 nodePort 上），这样就实现了通过外部