Service在很多情况下只是一个概念，真正起作用的其实是kube-proxy服务进程，每个Node节点上都运行着一个kube-proxy服务进程。当创建Service的时候会通过api-server向etcd写入创建的service的信息，而kube-proxy会基于监听的机制发现这种Service的变动，然后它会将最新的Service信息转换成对应的访问规则。


# 10.97.97.97:80 是service提供的访问入口
# 当访问这个入口的时候，可以发现后面有三个pod的服务在等待调用，
# kube-proxy会基于rr（轮询）的策略，将请求分发到其中一个pod上去
# 这个规则会同时在集群内的所有节点上都生成，所以在任何一个节点上访问都可以。
[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80

kube-proxy目前支持三种工作模式：

（1）、userspace 模式

userspace模式下，kube-proxy会为每一个Service创建一个监听端口，发向Cluster IP的请求被Iptables规则重定向到kube-proxy监听的端口上，kube-proxy根据LB算法选择一个提供服务的Pod并和其建立链接，以将请求转发到Pod上。

该模式下，kube-proxy充当了一个四层负责均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中，在进行转发处理时会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然比较稳定，但是效率比较低。

（2）、iptables模式

iptables模式下，kube-proxy为service后端的每个Pod创建对应的iptables规则，直接将发向Cluster IP的请求重定向到一个Pod IP。该模式下kube-proxy不承担四层负责均衡器的角色，只负责创建iptables规则。该模式的优点是较userspace模式效率更高，但不能提供灵活的LB策略，当后端Pod不可用时也无法进行重试（即如果转发到的Pod有问题，该模式下也不会重新转发到其他pod，这也是个重大缺点）。

（3）、ipvs模式（默认推荐模式）

ipvs模式和iptables类似，kube-proxy监控Pod的变化并创建相应的ipvs规则。ipvs相对iptables转发效率更高。除此以外，ipvs支持更多的LB算法（可以轮询、随机、加权轮询、基于session转发等等）。

如上图，ipvs工作流程是：api-server发送请求，创建service，创建service的时候kube-proxy会生成一套ipvs策略，当client端有请求过来的时候，会基于kube-proxy生成的ipvs策略将请求转发到具体的pod服务上。

另外ipvs模式的使用需要满足一定的要求：

a、当前系统必须安装ipvs内核模块，这一步在前面章节搭建k8s集群的时候安装过

b、安装完后需要开启ipvs


# 此模式必须安装ipvs内核模块，否则会降级为iptables
# 开启ipvs
[root@k8s-master01 ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
# 修改mode: "ipvs"
 
#删除并重建pod
[root@k8s-master01 ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
 
#再次查看ipvs状态，已经是开启状态了
[root@node1 ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn
TCP  10.97.97.97:80 rr
  -> 10.244.1.39:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.1.40:80               Masq    1      0          0
  -> 10.244.2.33:80               Masq    1      0          0

二、Service资源清单文件


kind: Service  # 资源类型
apiVersion: v1  # 资源版本
metadata: # 元数据
  name: service # 资源名称
  namespace: dev # 命名空间
spec: # 描述
  selector: # 标签选择器，用于确定当前service代理哪些pod
    app: nginx
  type: # Service类型，指定service的访问方式
  clusterIP:  # 虚拟服务的ip地址
  sessionAffinity: # session亲和性，支持ClientIP、None两个选项，可以将同一个请求指定分配到指定pod
  ports: # 端口信息
    - protocol: TCP 
      port: 3017  # service端口
      targetPort: 5003 # pod端口，service端口转发到pod端口实现服务访问
      nodePort: 31122 # 主机端口

ClusterIP：默认值，它是Kubernetes系统自动分配的虚拟IP，只能在集群内部访问
NodePort：将Service通过指定的Node上的端口暴露给外部，通过此方法，就可以在集群外部访问服务
LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发，注意此模式需要外部云环境支持
ExternalName：把集群外部的服务引入集群内部，直接使用

三、Service的几种类型介绍和实验演示

1、环境准备

在使用service之前，首先利用Deployment创建出3个pod，注意要为pod设置app=nginx-pod的标签

创建deployment.yaml，内容如下：


apiVersion: apps/v1
kind: Deployment      
metadata:
  name: pc-deployment
  namespace: dev
spec: 
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.17.1
        ports:
        - containerPort: 80

创建Pod详情：


kubectl create -f deployment.yaml
 
kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels

为了方便后面的测试，分别修改下三台的nginx的index.html页面（三台修改的ip地址对应自己pod IP）

# kubectl exec -it pc-deployment-66cb59b984-8p84h -n dev /bin/sh
# echo "10.244.1.41" > /usr/share/nginx/html/index.html

3个pod都修改完毕后，访问测试：


curl  10.244.1.41
curl  10.244.1.51
curl  10.244.1.52

2、ClusterIP类型的Service

（缺点：ClusterIP会集群内部IP，即只能集群节点访问，非集群节点的主机无法访问）

（1）、实例演示

创建service-clusterip.yaml文件


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: 10.97.97.97 # service的ip地址，如果不写，默认会生成一个
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80  # Service端口       
    targetPort: 80 # pod端口

创建service：

kubectl create -f service-clusterip.yaml

查看service：

kubectl get svc -n dev -o wide

查看service详细信息：

kubectl describe svc service-clusterip -n dev

如上图有一个Endpoints列表，里面就是当前service可以负载到的服务入口。

查看ipvs的映射规则：

ipvsadm -Ln

如上图查看ipvs 映射规则，来自10.97.97.97:80的请求会被按照轮询（rr）规则转发到10.244.1.41:80、10.244.2.51:80、10.244.2.52:80上。

测试：

while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;

可以看到访问请求会被依次轮询转发到不同pod。

（2）、Endpoint介绍和负载分发策略使用

Endpoint是kubernetes中的一个资源对象，存储在etcd中，用来记录一个service对应的所有pod的访问地址，它是根据service配置文件中selector描述产生的。

一个Service由一组Pod组成，这些Pod通过Endpoints暴露出来，Endpoints是实现实际服务的端点集合。换句话说，service和pod之间的联系是通过endpoints实现的。

负载分发策略

对Service的访问被分发到了后端的Pod上去，目前kubernetes提供了两种负载分发策略：

如果不定义，默认使用kube-proxy的策略，比如随机、轮询
基于客户端地址的会话保持模式，即来自同一个客户端发起的所有请求都会转发到固定的一个Pod上

此模式可以使在spec中添加sessionAffinity:ClientIP选项

修改分发策略，修改service-clusterip.yaml中的sessionAffinity:ClientIP

kubectl delete -f service-clusterip.yaml


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-clusterip
  namespace: dev
spec:
  sessionAffinity: ClientIP     #增加session亲和性配置，值这是为ClientIP，会话保持，即来自同一个客户端发起的所有请求都会转发到固定的一个Pod上
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: 10.97.97.97 # service的ip地址，如果不写，默认会生成一个
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80  # Service端口       
    targetPort: 80 # pod端口

kubectl create -f service-clusterip.yaml

查看：

kubectl describe svc service-clusterip -n dev

查看ipvs规则：

ipvsadm -Ln

如上图，可以看到ipvs规则多了个persistent，是持久化的意思，指以设置会话保持，后面的10800指会话保持时间，单位为秒。

循环访问测试：

while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done;

如上图，可以看到同一个客户端的请求已经被调度到固定一个pod上，实现了会话保持。

删除service：

kubectl delete -f service-clusterip.yaml

3、HeadLiness类型的Service

（缺点：只能集群内部节点访问，非集群节点的主机无法访问）

1、介绍

在某些场景中，开发人员可能不想使用Service提供的负载均衡功能，而希望自己来控制负载均衡策略，针对这种情况，kubernetes提供了HeadLiness Service，这类Service不会分配Cluster IP，如果想要访问service，只能通过service的域名进行查询。

2、实例演示

创建service-headliness.yaml


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-headliness
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  clusterIP: None # 将clusterIP设置为None，即可创建headliness Service
  type: ClusterIP
  ports:
  - port: 80    
    targetPort: 80

创建service：

kubectl create -f service-headliness.yaml

获取service，发现CLUSTER-IP未分配：

kubectl get svc service-headliness -n dev -o wide

查看service详情：

kubectl describe svc service-headliness -n dev

可以看到service没有分配ClusterIP，此时如果需要访问，需要通过域名访问。

kubectl get pods -n dev

查看域名的解析情况：

kubectl exec -it pc-deployment-6696798b78-h6h4j -n dev /bin/sh

测试域名解析：


# 10.96.0.10是pod的容器里的resolv.conf的dns服务器ip
dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local

如上图可以看到，该域名有3条解析记录，解析后对应的ip就是3个pod的ip

4、NodePort类型的Service

（特点：集群以外的其他主机也可以访问）

（1）、介绍

在之前的样例中，创建的Service的ip地址只有集群内部才可以访问，如果希望将Service暴露给集群外部使用，那么就要使用到另外一种类型的Service，称为NodePort类型。NodePort的工作原理其实就是将service的端口映射到Node的一个端口上，然后就可以通过NodeIp:NodePort来访问service了。

如上图可以看到，端口转发过程是：节点端口（NodePort）------>service端口（Port）---->Pod端口（targetport）。

（2）、实例演示

创建service-nodeport.yaml


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-nodeport
  namespace: dev
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  type: NodePort # service类型
  ports:
  - port: 80        # service端口
    nodePort: 30002 # node端口，指定绑定的node的端口(默认的取值范围是：30000-32767), 如果不指定，会默认分配
    targetPort: 80  #pod端口

创建service：

kubectl create -f service-nodeport.yaml

查看service：

kubectl get svc -n dev -o wide

如上可以看到，service是有自动分配CLUSTER-IP的，但这个ip仅限于集群内部节点主机访问，但基本上用不到，因为通过nodeip和端口可以实现集群内部和外部所有的机器都可以访问，接下来可以通过电脑主机的浏览器去访问集群中任意一个nodeip的30002端口，即可访问到pod

5、LoadBalancer类型的Service

（特点：跟NodePort机制一样都是通过暴露端口转发的形式，但是LoadBalencer需要外部负载均衡设备支持）

（1）、介绍

LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外部暴露一个端口，区别在于LoadBalancer会在集群的外部再来做一个负载均衡设备，而这个设备需要外部环境支持的，外部服务发送到这个设备上的请求，会被设备负载之后转发到集群中。

因为需要外部设备支持，所以这里就不演示了

6、ExternalName类型的Service

（特点：上面说的其他类型都是为了将pod内部服务暴露出去，而ExternalName正好相反，是为了将外部服务引入集群内部）

1、介绍

ExternalName类型的Service用于引入集群外部的服务，它通过externalName属性指定外部一个服务的地址，然后在集群内部访问此service就可以访问到外部的服务了。

（2）、实例演示

将www.baidu.com引入集群内部

创建service-externalname.yaml，内容如下：


apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-externalname
  namespace: dev
spec:
  type: ExternalName # service类型
  externalName: www.baidu.com  #改成ip地址也可以

创建service：

kubectl create -f service-externalname.yaml

查看service：

kubectl get svc service-externalname -n dev

查看service详情：

kubectl describe svc service-externalname -n dev

域名解析（操作方式参考上文）：

dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local

可以看到能够解析到www.baidu.com域名的ip。

如上几种service类型中，常用的是ClusterIP和NodePort类型。

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