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k8s通过service访问pod(五)–技术流ken

service

 

每个 Pod 都有自己的 IP 地址。当 controller 用新 Pod 替代发生故障的 Pod 时,新 Pod 会分配到新的 IP 地址。这样就产生了一个问题:

如果一组 Pod 对外提供服务(比如 HTTP),它们的 IP 很有可能发生变化,那么客户端如何找到并访问这个服务呢?

Kubernetes 给出的解决方案是 Service。

 

创建 Service

 

Kubernetes Service 从逻辑上代表了一组 Pod,具体是哪些 Pod 则是由 label 来挑选。Service 有自己 IP,而且这个 IP 是不变的。客户端只需要访问 Service 的 IP,Kubernetes 则负责建立和维护 Service 与 Pod 的映射关系。无论后端 Pod 如何变化,对客户端不会有任何影响,因为 Service 没有变。

 

第一步:创建下面的这个 Deployment:

查看支持的apiversion使用命令kubectl api-versions

 

第二步:部署并查看pod

我们启动了三个 Pod,运行 httpd 镜像,label 是 run: httpd,Service 将会用这个 label 来挑选 Pod。

[root@ken ~]# kubectl apply -f httpd.yml
deployment.apps/httpd created
[root@ken ~]# kubectl get pod -o wide
NAME                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP            NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
httpd-8c6c4bd9b-ljvlb   1/1     Running   0          41s   10.244.1.27   host1   <none>           <none>
httpd-8c6c4bd9b-ngxqv   1/1     Running   0          41s   10.244.1.28   host1   <none>           <none>
httpd-8c6c4bd9b-wxblj   1/1     Running   0          41s   10.244.2.18   host2   <none>           <none>

 

第三步:集群内部测试连通性

Pod 分配了各自的 IP,这些 IP 只能被 Kubernetes Cluster 中的容器和节点访问。

[root@ken ~]# curl 10.244.1.28
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
[root@ken ~]# curl 10.244.1.27
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
[root@ken ~]# curl 10.244.2.18
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

 

第四步:接下来创建 Service,其配置文件如下:

① v1 是 Service 的 apiVersion。

② 指明当前资源的类型为 Service。

③ Service 的名字为 httpd-svc。

④ selector 指明挑选那些 label 为 run: httpd 的 Pod 作为 Service 的后端。

⑤ 将 Service 的 8080 端口映射到 Pod 的 80 端口,使用 TCP 协议。

 

 

第五步: 执行 kubectl apply 创建 Service httpd-svc。

[root@ken ~]# kubectl apply -f service.yml
service/httpd-svc created
[root@ken ~]# kubectl get service
NAME         TYPE        CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
httpd-svc    ClusterIP   10.106.64.97   <none>        8080/TCP   17s
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1      <none>        443/TCP    11h

 

httpd-svc 分配到一个 CLUSTER-IP 10.106.64.97。可以通过该 IP 访问后端的 httpd Pod。

[root@ken ~]# curl 10.106.64.97:8080
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

根据前面的端口映射,这里要使用 8080 端口。另外,除了我们创建的 httpd-svc,还有一个 Service kubernetes,Cluster 内部通过这个 Service 访问 kubernetes API Server。

 

通过 kubectl describe 可以查看 httpd-svc 与 Pod 的对应关系。

[root@ken ~]# kubectl describe service httpd-svc
Name:              httpd-svc
Namespace:         default
Labels:            <none>
Annotations:       kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                     {"apiVersion":"v1","kind":"Service","metadata":{"annotations":{},"name":"httpd-svc","namespace":"default"},"spec":{"ports":[{"port":8080,"...
Selector:          run=httpd
Type:              ClusterIP
IP:                10.106.64.97
Port:              <unset>  8080/TCP
TargetPort:        80/TCP
Endpoints:         10.244.1.27:80,10.244.1.28:80,10.244.2.18:80
Session Affinity:  None
Events:            <none>

Endpoints 罗列了三个 Pod 的 IP 和端口。

 

service ip底层原理分析

 

我们知道 Pod 的 IP 是在容器中配置的,那么 Service 的 Cluster IP 又是配置在哪里的呢?CLUSTER-IP 又是如何映射到 Pod IP 的呢?

答案是 iptables

 

Service Cluster IP 是一个虚拟 IP,是由 Kubernetes 节点上的 iptables 规则管理的。

 

查看svc

[root@ken1 ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP   15d
my-svc       ClusterIP   10.107.111.108   <none>        80/TCP    16s

 

可以通过 iptables-save 命令打印出当前节点的 iptables 规则,因为输出较多,这里只截取与my-svc Cluster IP 10.99.229.179 相关的信息:

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep 10.107.111.108 
-A KUBE-SERVICES ! -s 10.244.0.0/16 -d 10.107.111.108/32 -p tcp -m comment --comment "default/my-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-SERVICES -d 10.107.111.108/32 -p tcp -m comment --comment "default/my-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D

 

这两条规则的含义是:

  1. 如果 Cluster 内的 Pod(源地址来自 10.244.0.0/16)要访问 httpd-svc,则允许。
  2. 其他源地址访问 my-svc,跳转到规则 KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D。

KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D规则如下:

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D
:KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D - [0:0]
-A KUBE-SERVICES -d 10.107.111.108/32 -p tcp -m comment --comment "default/my-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D
-A KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D -m statistic --mode random --probability 0.33332999982 -j KUBE-SEP-PHYMVJLGA3SBF53W
-A KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D -m statistic --mode random --probability 0.50000000000 -j KUBE-SEP-6WM3EVRMZRPSARU6
-A KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D -j KUBE-SEP-MF65K4BIWBNT73JP
  1. 1/3 的概率跳转到规则 KUBE-SEP-PHYMVJLGA3SBF53W
  2. 1/3 的概率(剩下 2/3 的一半)跳转到规则 KUBE-SEP-6WM3EVRMZRPSARU6
  3. 1/3 的概率跳转到规则 KUBE-SEP-MF65K4BIWBNT73JP

上面三个跳转的规则如下:

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep KUBE-SEP-PHYMVJLGA3SBF53W
-A KUBE-SEP-PHYMVJLGA3SBF53W -s 10.244.1.50/32 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-SEP-PHYMVJLGA3SBF53W -p tcp -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.1.50:80

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep KUBE-SEP-6WM3EVRMZRPSARU6
-A KUBE-SEP-6WM3EVRMZRPSARU6 -s 10.244.2.129/32 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-SEP-6WM3EVRMZRPSARU6 -p tcp -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.2.129:80

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep KUBE-SEP-MF65K4BIWBNT73JP
-A KUBE-SEP-MF65K4BIWBNT73JP -s 10.244.2.130/32 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-SEP-MF65K4BIWBNT73JP -p tcp -m tcp -j DNAT --to-destination 10.244.2.130:80

 

即将请求分别转发到后端的三个 Pod。通过上面的分析,我们得到如下结论:

iptables 将访问 Service 的流量转发到后端 Pod,而且使用类似轮询的负载均衡策略。

另外需要补充一点:Cluster 的每一个节点都配置了相同的 iptables 规则,这样就确保了整个 Cluster 都能够通过 Service 的 Cluster IP 访问 Service。

 

 

DNS访问service

 

在 Cluster 中,除了可以通过 Cluster IP 访问 Service,Kubernetes 还提供了更为方便的 DNS 访问。

 

第一步:查看coredns

kubeadm 部署时会默认安装 coredns 组件。

[root@ken ~]# kubectl get deployment --namespace=kube-system
NAME      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
coredns   2/2     2            2           11h

 

coredns 是一个 DNS 服务器。每当有新的 Service 被创建,coredns 会添加该 Service 的 DNS 记录。Cluster 中的 Pod 可以通过 <SERVICE_NAME>.<NAMESPACE_NAME> 访问 Service。

 

第二步:dns访问

比如可以用 httpd-svc.default 访问 Service httpd-svc。

[root@ken ~]# kubectl run busybox --rm -it --image=busybox /bin/sh
/ # wget httpd-svc:8080  
Connecting to httpd-svc:8080 (10.106.64.97:8080)
index.html           100% |*************|    45  0:00:00 ETA
/ # ls
bin         home        root        usr
dev         index.html  sys         var
etc         proc        tmp
/ # cat index.html 
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
注意:wget httpd-svc:8080  后面的这个port必须是service的port不是nodeport

由于这个 Pod 与 httpd-svc 同属于 default namespace,可以省略 default 直接用 httpd-svc 访问 Service。

 

第三步:查看namespace

如果要访问其他 namespace 中的 Service,就必须带上 namesapce 了。kubectl get namespace 查看已有的 namespace。

[root@ken ~]# kubectl get namespace
NAME          STATUS   AGE
default       Active   11h
kube-public   Active   11h
kube-system   Active   11h

 

第四步:在 kube-public 中部署 Service httpd2-svc

配置如下:

 

第五步:创建资源

通过 namespace: kube-public 指定资源所属的 namespace。多个资源可以在一个 YAML 文件中定义,用 — 分割。执行 kubectl apply 创建资源:

[root@ken ~]# kubectl apply -f service.yml
deployment.apps/httpd2 created
service/httpd2-svc created

 

第六步:查看 kube-public 的 Service:

[root@ken ~]# kubectl get service --namespace=kube-public
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE
httpd2-svc   ClusterIP   10.111.175.138   <none>        8080/TCP   63s

 

第七步:在 busybox Pod 中访问 httpd2-svc:

[root@ken ~]# kubectl run busybox --rm -it --image=busybox /bin/sh
/ # wget httpd2-svc:8080
wget: bad address 'httpd2-svc:8080'
/ # wget httpd2-svc.kube-public:8080
Connecting to httpd2-svc.kube-public:8080 (10.111.175.138:8080)
index.html           100% |*************|    45  0:00:00 ETA

因为属于不同的 namespace,必须使用 httpd2-svc.kube-public 才能访问到。

 

外网访问service

 

除了 Cluster 内部可以访问 Service,很多情况我们也希望应用的 Service 能够暴露给 Cluster 外部。Kubernetes 提供了多种类型的 Service,默认是 ClusterIP。

 

ClusterIP

Service 通过 Cluster 内部的 IP 对外提供服务,只有 Cluster 内的节点和 Pod 可访问,这是默认的 Service 类型,前面实验中的 Service 都是 ClusterIP。

 

NodePort

Service 通过 Cluster 节点的静态端口对外提供服务。Cluster 外部可以通过 <NodeIP>:<NodePort> 访问 Service。

 

LoadBalancer

Service 利用 cloud provider 特有的 load balancer 对外提供服务,cloud provider 负责将 load balancer 的流量导向 Service。目前支持的 cloud provider 有 GCP、AWS、Azur 等。

 

第一步:实践 NodePort,Service httpd-svc 的配置文件修改如下:

添加 type: NodePort,重新创建 httpd-svc。

 

第二步:创建service

[root@ken ~]# kubectl apply -f service.yml
service/httpd-svc created
[root@ken ~]# kubectl get service httpd-svc
NAME        TYPE       CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
httpd-svc   NodePort   10.108.118.202   <none>        8080:31785/TCP   12s

Kubernetes 依然会为 httpd-svc 分配一个 ClusterIP,不同的是:

EXTERNAL-IP 为 nodes,表示可通过 Cluster 每个节点自身的 IP 访问 Service。

PORT(S) 为 8080:31785。8080 是 ClusterIP 监听的端口(每个节点都有该端口),31785 则是节点上监听的端口。Kubernetes 会从 30000-32767 中分配一个可用的端口,每个节点都会监听此端口并将请求转发给 Service。

[root@ken ~]# ss -tnl | grep 31785
LISTEN     0      128         :::31785                   :::*

 

第三步:测试nodeport是否正常工作

[root@ken ~]# curl 172.20.10.2:31785
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
[root@ken ~]# curl 172.20.10.7:31785
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
[root@ken ~]# curl 172.20.10.9:31785
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

通过三个节点 IP + 32312 端口都能够访问 httpd-svc。

 

第四步:指定特定端口

NodePort 默认是的随机选择,不过我们可以用 nodePort 指定某个特定端口。

现在配置文件中就有三个 Port 了:

nodePort 是节点上监听的端口。

port 是 ClusterIP 上监听的端口。

targetPort 是 Pod 监听的端口。

 

最终,Node 和 ClusterIP 在各自端口上接收到的请求都会通过 iptables 转发到 Pod 的 targetPort。

 

第四步:应用新的 nodePort 并验证:

[root@ken ~]# kubectl apply -f service.yml
service/httpd-svc configured

[root@ken ~]# kubectl get service httpd-svc
NAME        TYPE       CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
httpd-svc   NodePort   10.108.118.202   <none>        8080:30000/TCP   6m8s

[root@ken ~]# curl 172.20.10.2:30000
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
[root@ken ~]# curl 172.20.10.7:30000
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>
[root@ken ~]# curl 172.20.10.9:30000
<html><body><h1>It works!</h1></body></html>

nodePort: 30000 已经生效了。

 

 

接下来我们深入探讨一个问题:Kubernetes 是如何将 <NodeIP>:<NodePort> 映射到 Pod 的呢?

与 ClusterIP 一样,也是借助了 iptables。与 ClusterIP 相比,每个节点的 iptables 中都增加了下面两条规则:

 

第一步:查看svc端口

[root@ken1 ~]# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP        15d
my-svc       NodePort    10.107.111.108   <none>        80:32287/TCP   14m

 

第二步:查看iptables规则

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep 32287
-A KUBE-NODEPORTS -p tcp -m comment --comment "default/my-svc:" -m tcp --dport 32287 -j KUBE-MARK-MASQ
-A KUBE-NODEPORTS -p tcp -m comment --comment "default/my-svc:" -m tcp --dport 32287 -j KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D

规则的含义是:访问当前节点 32312 端口的请求会应用规则 KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D

第三步:相应规则KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D

[root@ken1 ~]# iptables-save | grep KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D
-A KUBE-SERVICES -d 10.107.111.108/32 -p tcp -m comment --comment "default/my-svc: cluster IP" -m tcp --dport 80 -j KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D
-A KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D -m statistic --mode random --probability 0.33332999982 -j KUBE-SEP-PHYMVJLGA3SBF53W
-A KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D -m statistic --mode random --probability 0.50000000000 -j KUBE-SEP-6WM3EVRMZRPSARU6
-A KUBE-SVC-NSPZQM4WNKQARS3D -j KUBE-SEP-MF65K4BIWBNT73JP

其作用就是负载均衡到每一个 Pod。

 

 

2 thoughts on “k8s通过service访问pod(五)–技术流ken

  1. 第二步:dns访问
    比如可以用 httpd-svc.default 访问 Service httpd-svc。
    [root@ken ~]# kubectl run busybox –rm -it –image=busybox /bin/sh

    这儿是不是省略了什么啊 ?执行起来不对,一直报错,且看不出来命令和httpd-svc有什么联系啊

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