K8S中的Service的存在理由

前言

上篇文章中老顾介绍了相关pod、容器、node之间的通信，通过pod的ip进行通信，存在一定的问题。

Kubernetes Pod是有生命周期的，它们可以被创建，也可以被销毁，然而一旦被销毁生命就永远结束。 通过ReplicationController能够动态地创建和销毁Pod(例如，需要进行扩缩容，或者执行滚动升级)。 每个 Pod 都会获取它自己的 IP 地址，可一旦销毁后，重新创建后，IP地址会产生改变。 这会导致一个问题：在 Kubernetes 集群中，如果一组 Pod(称为 backend)为其它 Pod (称为 frontend)提供服务，一旦backend的Pod重新创建，那么frontend的Pod该如何发现，并连接到这组 Pod 中的哪些 backend 呢?

Service

Service资源用于为pod对象提供一个固定、统一的访问接口及负载均衡的能力，并借助新一代DNS系统的服务发现功能，解决客户端发现并访问容器化应用的问题。

注意：service只是在k8s集群内部起作用，集群外部访问是无效的

实现原理

Service通过关注定义出多个POD对象组合而成的逻辑集合，以及访问这组POD的策略，Service关联POD需要标签选择器完成，其基于标签选择器将一组POD定义成一个逻辑集合，并通过自己的IP地址和端口调度代理请求至后端POD之上。

apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: a-servicespec: selector: app: pod-label ports: - protocol: TCP port: 80 targetPort: 9376

上面的例子服务a-service关联着label为【app:pod-label】的pod，这时候另一个服务B可以访问跟a-service服务绑定的service，service信息是固定的提前告诉B就行了，service通过Label Selector跟a服务的pod绑定,无论a的pod如何变化对b来说都是透明的。

虚拟IP

service对象的IP地址称为cluster IP，位于K8S集群配置指定的专用IP地址范围内，其是一种虚拟IP地址，其在service对象创建后保持不变，并且能够被同一集群中的POD资源访问，service端口接受客户端的请求并将其转发至后端POD中的相应端口，因此，其又被称为四层代理，因其工作在TCP/IP层。

一个service对象就是工作节点上的一些iptables或ipvs，用于将到达service对象的IP地址的流量转发到相应的endpoint对象指定的IP地址和端口上，kube-proxy组件通过api-server持续监控着各个service及其相关的POD对象，并将其创建或变动实时反映到工作节点的iptable或ipvs上

服务代理

k8s群集中的每个节点都运行一个kube-proxy的组件，kube-proxy其实是一个代理层负责实现service

userspace模式

客户端访问ServiceIP(clusterIP)请求会先从用户空间到内核中的iptables，然后回到用户空间kube-proxy，kube-proxy负责代理工作。

具体细节：

请求到达service后，其被转发到内核，经由套接字送往用户空间的kube-proxy，而后经由kube-proxy送回内核空间，并调度至后端POD，其传输方式效率太低。在1.1 版本之前，其是默认的转发策略。

iptables模式

客户端访问ServiceIP(clusterIP)请求会由iptables直接重定向到后端

具体细节：

客户端IP请求时，直接请求本地内核service ip，根据iptables的规则直接将请求转发到到各pod上，因为使用iptable NAT来完成转发，也存在不可忽视的性能损耗。另外，如果集群中存在上万的Service/Endpoint，那么Node上的iptables rules将会非常庞大，性能还会再打折扣

Kubernetes v1.2之前默认是userspace之后是iptables模式，iptables模式性能和可靠性更好，但是iptables模式依赖健康检查，在没有健康检查的情况下如果一个pod不响应，iptables模式不会切换另一个pod上

ipvs模型

此模型跟踪API service上的service和endpoints对象的变动，据此来调用netlink接口创建IPVS规则，并确保API server中的变动保持同步，其流量调度策略在IPVS中实现，其余的在iptables中实现。

ipvs 支持众多调度算法，如rr、lc、dh、sh、sed和nq 等。

集群外部访问

我们如何在集群外访问service呢?k8s提供了几种方式

NodePort

通过每个 Node 上的 IP 和静态端口(NodePort)暴露服务。NodePort 服务会路由到 ClusterIP 服务，这个 ClusterIP 服务会自动创建。通过请求 NodeIP:Port，可以从集群的外部访问一个 NodePort 服务。

这时要访问这个Service的话，只需要通过访问

<任何一台宿主机器的IP>:Port

LoadBalancer

在NodePort基础上，Kubernetes可以请求底层云平台cloud provider 创建一个外部的负载均衡器，并将请求转发到每个Node作为后端，进行服务分发。

该模式需要底层云平台(例如GCE、AWS)支持。

ExternalName

创建一个dns别名指到service name上，主要是防止service name发生变化，要配合dns插件使用。通过返回 CNAME 和它的值，可以将服务映射到 externalName 字段的内容。

这只有 Kubernetes 1.7 或更高版本的 kube-dns 才支持

Ingress

上面我们提到几种方式，但是当集群服务很多的时候，NodePort方式最大的缺点是会占用很多集群机器的端口;LB方式最大的缺点则是每个service一个LB又有点浪费和麻烦，并且需要k8s之外的支持; 而ingress则只需要一个NodePort或者一个LB就可以满足所有service对外服务的需求。工作机制大致可以用下图表示：

Ingress是基于service实现7层路由转发能力的