K8s新手系列之Service资源

概述

官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/service/
在kubernetes中，pod是应用程序的载体，我们可以通过pod的ip来访问应用程序，但是pod的ip地址不是固定的，这也就意味着不方便直接采用pod的ip对服务举行访问。
为相识决这个问题，kubernetes提供了Service资源，Service会对提供同一个服务的多个pod举行聚合，并且提供一个统一的入口地址。通过访问Service的入口地址就能访问到后面的pod服务。

Service在许多环境下只是一个概念，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。

简单点说就是：Service可以实现pod的负载平衡和服务发现功能，为访问Pod提供了统一的访问入口。
Service的类型

Service的类型有四类：分别是以下四类
ClusterIP

这是svc默认的类型，是k8s集群内部分配的虚拟IP，实用于集群内部举行访问，外部访问不到，但是可以利用 Ingress 大概 Gateway API 来公开服务。创建svc时会自动关联endpoints资源。

NodePort

在ClusterIP基础之上，多添加了对所有Worker节点实现端口映射的功能。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。

LoadBalancer

实现负载平衡的服务，主要应用场景是云厂商环境，它能够为服务提供外部可访问的 IP 地址。这种类型的服务通过云服务提供商的负载平衡器实现，允许外部流量进入集群中的 Pod。

ExternalName

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。

Service的作用

服务发现与负载平衡

• 服务发现：Kubernetes 中的 Pod 是动态创建和销毁的，它们的 IP 地址也是动态分配的。Service 为一组具有雷同功能的 Pod 提供了一个固定的虚拟 IP 地址和 DNS 名称。其他组件可以通过这个固定的地址来访问这些 Pod，而无需关心详细 Pod 的 IP 地址变化。
  
• 负载平衡：Service 可以将流量均匀地分发到后端的多个 Pod 上，实现负载平衡的功能。这样可以确保应用能够处置惩罚大量的并发哀求，提高系统的性能和可靠性。例如，一个 Web 应用可能由多个 Pod 组成，通过 Service 可以将用户的哀求平衡地分配到这些 Pod 上，克制单个 Pod 因负载过高而出现性能问题。
  

应用解耦

• 解耦客户端与服务端：Service 使得客户端与后端服务的 Pod 之间实现相识耦。客户端只需要知道 Service 的地址，而不需要相识后端详细有哪些 Pod 以及它们的状态。当后端 Pod 发生变化（如扩容、缩容或升级）时，客户端无需举行任何修改，仍然可以通过 Service 正常访问服务。
  
• 支持微服务架构：在微服务架构中，不同的微服务之间通常需要相互调用。Service 为每个微服务提供了独立的访问入口，使得各个微服务可以独立地举行部署、扩展和升级，而不会影响到其他微服务。这种解耦方式提高了整个系统的可维护性和可扩展性。
  

提供稳定的网络端点

• 外部访问入口：对于需要对外提供服务的应用，Service 可以作为外部访问的入口点。通过将 Service 设置为 NodePort 类型或 LoadBalancer 类型，可以将服务暴露到集群外部，让外部用户能够访问到 Kubernetes 集群中的应用。
  
• 内部网络隔离：在 Kubernetes 集群内部，Service 还可以用于实现网络隔离。通过定义不同的 Service 和相应的访问规则，可以限制哪些 Pod 能够访问特定的服务，从而提高集群的安全性和稳定性。
  

方便应用管理与维护

• 统一管理：通过 Service，可以对一组相关的 Pod 举行统一的管理和配置。例如，可以通过 Service 来设置访问策略、监控指标收集等，而无需对每个 Pod 单独举行配置。
  
• 简化运维操纵：当需要对应用举行升级、回滚或其他运维操纵时，只需要对 Service 举行相应的配置修改，Kubernetes 会自动根据 Service 的定义来调整后端 Pod 的状态，从而简化了运维操纵的复杂度。
  

Service的工作原理

Service 通过 Label Selector 来选择对应的 Pods，当 Service 吸收到哀求时，它会根据负载平衡算法将哀求转发到后端的某个 Pod 上。K8s 中的 kube - proxy 组件负责在节点上维护网络规则，确保 Service 能够精确地将流量路由到后端 Pods。
Service的资源配置文件

1. apiVersion: v1          # API版本，Service属于核心API组，固定使用v1
2. kind: Service           # 资源类型为Service
4. metadata:               # 元数据，定义Service的标识信息
5.   name: my-service      # Service名称，必须符合DNS标签规范
6.   namespace: default    # 命名空间，默认为default
7.   labels:               # 标签，用于组织和选择资源
8.     app: my-app
9.     tier: backend
10.   annotations:          # 注解，用于存储非标识性元数据（如配置信息）
11.     service.beta.kubernetes.io/aws-load-balancer-type: nlb
13. spec:                   # 服务规范，定义Service的行为和关联的Pod
14.   type: ClusterIP       # Service类型（ClusterIP/NodePort/LoadBalancer/ExternalName）
15.   
16.   selector:             # 标签选择器，用于确定哪些Pod属于此服务
17.     app: my-app
18.     tier: backend
19.   
20.   ports:                # 端口配置，定义服务如何接收流量
21.   - name: http          # 端口名称，必须符合DNS标签规范
22.     protocol: TCP       # 协议类型，支持TCP/UDP/SCTP，默认为TCP
23.     port: 80            # 服务暴露的端口（集群内部访问使用）
24.     targetPort: 8080    # 后端Pod接收流量的端口
25.     nodePort: 30080     # NodePort类型时，节点上暴露的端口（30000-32767）
26.   
27.   externalIPs:          # 外部IP列表，允许通过这些IP访问服务
28.   - 80.11.12.10
29.   
30.   sessionAffinity: None # 会话亲和性（None/ClientIP），默认为None
31.   sessionAffinityConfig:  # 会话亲和性配置（仅当sessionAffinity为ClientIP时有效）
32.     clientIP:
33.       timeoutSeconds: 10800  # 客户端IP会话保持时间（秒）
34.   
35.   loadBalancerIP: 70.42.103.12  # LoadBalancer类型时，指定负载均衡器的IP
36.   loadBalancerSourceRanges:    # 限制访问LoadBalancer的客户端IP范围
37.   - 10.0.0.0/8
38.   
39.   externalName: my.database.example.com  # ExternalName类型时，指定外部域名
40.   
41.   publishNotReadyAddresses: false  # 是否发布未就绪的端点，默认为false

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Service之ClusterIP实战

这是svc默认的类型，是k8s集群内部分配的虚拟IP，实用于集群内部举行访问，外部访问不到，但是可以利用 Ingress 大概 Gateway API 来公开服务。创建svc时会自动关联endpoints资源。
创建一个Deployment

1. [root@master01 ~/deploy]# cat deploy-nginx.yaml
2. apiVersion: apps/v1
3. kind: Deployment
4. metadata:
5.   name: deployment-nginx
6.   namespace: default
7. spec:
8.   # 设置Pod的副本数量
9.   replicas: 3
10.   selector:
11.     # 标签匹配规则
12.     matchLabels:
13.       app: nginx
14.   template:
15.     metadata:
16.       name: pod-nginx
17.       labels:
18.         app: nginx
19.     spec:
20.       containers:
21.       - name: container-nginx
22.         image: nginx:1.14.1
23.       restartPolicy: Always
25. # 创建deploy
26. [root@master01 ~/deploy]# kubectl apply -f deploy-nginx.yaml
27. deployment.apps/deployment-nginx created

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创建Service

1. # 定义service
2. [root@master01 ~/service]# cat service-clusterip.yaml
3. apiVersion: v1
4. kind: Service
5. metadata:
6.   # 需要和pod在一个命名空间内
7.   namespace: default
8.   name: nginx-svc-clusterip
9. spec:
10.   # 定义service的类型
11.   type: ClusterIP
12.   # 标签选择器，选择pod的标签，而不是deploy的标签
13.   selector:
14.     app: nginx
15.   # 定义端口映射
16.   ports:
17.   - name: clusterip-nginx
18.     # 访问service的端口
19.     port: 6789
20.     # 容器的端口
21.     targetPort: 80
22.     protocol: TCP
24. # 创建service
25. [root@master01 ~/service]# kubectl apply -f service-clusterip.yaml
26. service/nginx-svc-clusterip created

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查看service的详情

1. # 查看service
2. [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide
3. NAME                  TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE   SELECTOR
4. nginx-svc-clusterip   ClusterIP   10.96.3.77   <none>        6789/TCP   91s   app=nginx
6. # 查看详情
7. [root@master01 ~/service]# kubectl describe svc nginx-svc-clusterip
8. Name:              nginx-svc-clusterip
9. Namespace:         default
10. Labels:            <none>
11. Annotations:       <none>
12. Selector:          app=nginx
13. Type:              ClusterIP
14. IP Family Policy:  SingleStack
15. IP Families:       IPv4
16. IP:                10.96.3.77
17. IPs:               10.96.3.77
18. Port:              clusterip-nginx  6789/TCP
19. TargetPort:        80/TCP
20. Endpoints:         100.117.144.188:80,100.117.144.189:80,100.95.185.217:80
21. Session Affinity:  None
22. Events:            <none>

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注意看Endpoints字段，该字段对应的是关联的所有的pod的IPORT地址，service和pod之间的接洽是通过endpoints实现的。
访问service

访问clusterip的service需要通太过配给service的IP和PORT举行访问

1. # 可以看到CLUSTER-IP字段分配的值是10.96.3.77，PORT(S)字段的值是6789（我们在资源配置文件中定义的）
2. [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide
3. NAME                  TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)    AGE   SELECTOR
4. nginx-svc-clusterip   ClusterIP   10.96.3.77   <none>        6789/TCP   91s   app=nginx
6. # 访问service
7. [root@master01 ~/service]# curl 10.96.3.77:6789
8. <!DOCTYPE html>
9. <html>
10. <body>
11. <h1>Welcome to nginx!</h1>
12. # 省略部分内容
14. <p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
15. </body>
16. </html>

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Service之NodePort实战

ClusterIP只能在K8s集群内部访问，外部无法访问，而NodePort在ClusterIP基础之上，多添加了对所有Worker节点实现端口映射的功能。实现了外部访问Pod。
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。
创建deployment

1. # 定义资源文件
2. [root@master01 ~/deploy]# cat deploy-tomcat.yaml
3. apiVersion: apps/v1
4. kind: Deployment
5. metadata:
6.   name: deployment-tomcat
7.   namespace: default
8. spec:
9.   # 定义更新策略
10.   strategy:
11.     type: RollingUpdate
12.     rollingUpdate:
13.       maxSurge: 1
14.       maxUnavailable: 1
15.   replicas: 3
16.   selector:
17.     matchLabels:
18.       app: tomcat
19.   template:
20.     metadata:
21.       name: pod-tomcat
22.       labels:
23.         app: tomcat
24.     spec:
25.       containers:
26.       - name: container-tomcat
27.         image: tomcat:9.0
28.       restartPolicy: Always
29. # 创建deployment
30. [root@master01 ~/deploy]# kubectl apply -f deploy-tomcat.yaml
31. deployment.apps/deployment-tomcat created

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创建service

1. # 定义资源文件
2. [root@master01 ~/service]# cat service-nodeport.yaml
3. apiVersion: v1
4. kind: Service
5. metadata:
6.   # 需要和pod在一个命名空间内
7.   namespace: default
8.   name: tomcat-svc-nodeport
9. spec:
10.   # 定义service的类型
11.   type: NodePort
12.   # 标签选择器，选择pod的标签，而不是deploy的标签
13.   selector:
14.     app: tomcat
15.   # 定义端口映射
16.   ports:
17.   - name: nodeport-tomcat
18.     # 访问service的端口
19.     port: 16789
20.     # 容器的端口
21.     targetPort: 8080
22.     # nodePort的取值是30000-32767，会随机生成，但建议配置
23.     nodePort: 31180
24.     protocol: TCP
25. # 创建service
26. [root@master01 ~/service]# kubectl apply -f service-nodeport.yaml
27. service/tomcat-svc-nodeport created

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查看service

1. ## 查看service
2. [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide
3. NAME                  TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE     SELECTOR
4. tomcat-svc-nodeport   NodePort    10.96.0.110   <none>        16789:31180/TCP   54s     app=tomcat
6. # 查看详情
7. [root@master01 ~/service]# kubectl describe svc tomcat-svc-nodeport
8. Name:                     tomcat-svc-nodeport
9. Namespace:                default
10. Labels:                   <none>
11. Annotations:              <none>
12. Selector:                 app=tomcat
13. Type:                     NodePort
14. IP Family Policy:         SingleStack
15. IP Families:              IPv4
16. IP:                       10.96.0.110
17. IPs:                      10.96.0.110
18. Port:                     nodeport-tomcat  16789/TCP
19. TargetPort:               8080/TCP
20. NodePort:                 nodeport-tomcat  31180/TCP
21. Endpoints:                <none>
22. Session Affinity:         None
23. External Traffic Policy:  Cluster
24. Events:                   <none>

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访问service

访问nodeport的service可以通过集群内部的IPORT举行访问，也可以通过node节点的IPORT举行访问
通过所有node节点均可访问

1. ## 查看service
2. [root@master01 ~/service]# kubectl get svc -o wide
3. NAME                  TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)           AGE     SELECTOR
4. tomcat-svc-nodeport   NodePort    10.96.0.110   <none>        16789:31180/TCP   54s     app=tomcat
6. # 通过集群内部
7. curl 10.96.0.110:16789
9. # 通过node节点进行访问
10. curl 10.0.0.30:31180
11. curl 10.0.0.31:31180
12. curl 10.0.0.32:31180

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Service之ExternalName实战

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。
创建service

1. # 定义配置文件
2. [root@master01 ~/service]# cat service-externalname.yaml
3. apiVersion: v1
4. kind: Service
5. metadata:
6.     name: baidu-externalname
7. spec:
8.     type: ExternalName
9.     externalName: www.baidu.com
10.     #ports:
11.     #- name: baidu-name
12.     #  port: 443            # 服务端口（集群内部使用）
13.     #  targetPort: 443      # 外部服务实际端口
14.     #  protocol: TCP
15. # 创建service
16. [root@master01 ~/service]# kubectl apply -f service-externalname.yaml
17. service/baidu-externalname created

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查看详情

1. # 查看service
2. [root@master01 ~/service]# kubectl get svc
3. NAME                  TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)           AGE
4. baidu-externalname    ExternalName   <none>        www.baidu.com   <none>            47s
5. # 查看service详情
6. [root@master01 ~/service]# kubectl describe svc baidu-externalname
7. Name:              baidu-externalname
8. Namespace:         default
9. Labels:            <none>
10. Annotations:       <none>
11. Selector:          <none>
12. Type:              ExternalName
13. IP Families:       <none>
14. IP:
15. IPs:               <none>
16. External Name:     www.baidu.com
17. Session Affinity:  None
18. Events:            <none>

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验证集群内部访问

1. # 创建busybox容器进行访问测试
2. [root@master01 ~/service]# kubectl run -it --rm dns-test --image=busybox:1.28
3. If you don't see a command prompt, try pressing enter.
5. # nslookup 验证
6. / # nslookup baidu-externalname
7. Server:    10.96.0.10
8. Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local
10. Name:      baidu-externalname
11. Address 1: 2409:8c00:6c21:118b:0:ff:b0e8:f003
12. Address 2: 2409:8c00:6c21:11eb:0:ff:b0bf:59ca
13. Address 3: 39.156.70.239
14. Address 4: 39.156.70.46
16. # ping进行访问
17. / # ping  baidu-externalname
18. PING baidu-externalname (39.156.70.239): 56 data bytes
19. 64 bytes from 39.156.70.239: seq=0 ttl=127 time=15.301 ms
20. 64 bytes from 39.156.70.239: seq=1 ttl=127 time=14.258 ms
21. 64 bytes from 39.156.70.239: seq=2 ttl=127 time=29.040 ms

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Service之LoadBalancer（省略）

LoadBalancer现在没有云环境，在这儿先省略
Service的管理

查看Service

语法：

1. kubectl get svc <svc-name> -n <namespace>

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示例：

1. [root@master01 ~/service]# kubectl get svc
2. NAME                  TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP     PORT(S)           AGE
3. baidu-externalname    ExternalName   <none>        www.baidu.com   <none>            23m
4. kubernetes            ClusterIP      10.96.0.1     <none>          443/TCP           13d
5. nginx-svc-clusterip   ClusterIP      10.96.3.77    <none>          6789/TCP          4d20h
6. tomcat-svc-nodeport   NodePort       10.96.0.110   <none>          16789:31180/TCP   49m

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修改Service

有两种方式，一种是通过kubectl edit svc 来举行修改，会打开一个雷同vim的界面，修改其对应的值即可，最后wq生存即可应用你的配置.
另一种方式则是修改对应的资源文件，最后利用kubectl apply -f 即可。
删除Service

语法：

1. kubectl delete svc <svc-name> -n <namespace>

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