前言
服务发现与负载均衡
Kubernetes在设计之初就充分考虑了针对容器的服务发现与负载均衡机制,提供了Service资源,并通过kube-proxy配合cloud provider来适应不同的应用场景。随着kubernetes用户的激增,用户场景的不断丰富,又产生了一些新的负载均衡机制。目前,kubernetes中的负载均衡大致可以分为以下几种机制,每种机制都有其特定的应用场景:
  • Service:直接用Service提供cluster内部的负载均衡,并借助cloud provider提供的LB提供外部访问
  • Ingress Controller:还是用Service提供cluster内部的负载均衡,但是通过自定义LB提供外部访问
  • Service Load Balancer:把load balancer直接跑在容器中,实现Bare Metal的Service Load Balancer
  • Custom Load Balancer:自定义负载均衡,并替代kube-proxy,一般在物理部署Kubernetes时使用,方便接入公司已有的外部服务

Service

Service是对一组提供相同功能的Pods的抽象,并为它们提供一个统一的入口。借助Service,应用可以方便的实现服务发现与负载均衡,并实现应用的零宕机升级。Service通过标签来选取服务后端,一般配合Replication Controller或者Deployment来保证后端容器的正常运行。
Service有三种类型:
  • ClusterIP:默认类型,自动分配一个仅cluster内部可以访问的虚拟IP
  • NodePort:在ClusterIP基础上为Service在每台机器上绑定一个端口,这样就可以通过<NodeIP>:NodePort来访问该服务
  • LoadBalancer:在NodePort的基础上,借助cloud provider创建一个外部的负载均衡器,并将请求转发到<NodeIP>:NodePort
另外,也可以将已有的服务以Service的形式加入到Kubernetes集群中来,只需要在创建Service的时候不指定Label selector,而是在Service创建好后手动为其添加endpoint。

Ingress Controller

Service虽然解决了服务发现和负载均衡的问题,但它在使用上还是有一些限制,比如
  • 对外访问的时候,NodePort类型需要在外部搭建额外的负载均衡,而LoadBalancer要求kubernetes必须跑在支持的cloud provider上面
Ingress就是为了解决这些限制而引入的新资源,主要用来将服务暴露到cluster外面,并且可以自定义服务的访问策略。比如想要通过负载均衡器实现不同子域名到不同服务的访问:
foo.bar.com --| |-> foo.bar.com s1:80
| 178.91.123.132 |
bar.foo.com --| |-> bar.foo.com s2:80
可以这样来定义Ingress:
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: test
spec:
rules:
- host: foo.bar.com
http:
paths:
- backend:
serviceName: s1
servicePort: 80
- host: bar.foo.com
http:
paths:
- backend:
serviceName: s2
servicePort: 80
注意: Ingress本身并不会自动创建负载均衡器,cluster中需要运行一个ingress controller来根据Ingress的定义来管理负载均衡器。目前社区提供了nginx和gce的参考实现。

Service Load Balancer

在Ingress出现以前,Service Load Balancer是推荐的解决Service局限性的方式。Service Load Balancer将haproxy跑在容器中,并监控service和endpoint的变化,通过容器IP对外提供4层和7层负载均衡服务。
社区提供的Service Load Balancer支持四种负载均衡协议:TCP、HTTP、HTTPS和SSL TERMINATION,并支持ACL访问控制。

Custom Load Balancer

虽然Kubernetes提供了丰富的负载均衡机制,但在实际使用的时候,还是会碰到一些复杂的场景是它不能支持的,比如:
  • 接入已有的负载均衡设备
  • 多租户网络情况下,容器网络和主机网络是隔离的,这样kube-proxy就不能正常工作
这个时候就可以自定义组件,并代替kube-proxy来做负载均衡。基本的思路是监控kubernetes中service和endpoints的变化,并根据这些变化来配置负载均衡器。比如weave flux、nginx plus、kube2haproxy等。

Endpoints

有几种情况下需要用到没有selector的service。
  • 使用kubernetes集群外部的数据库时
  • service中用到了其他namespace或kubernetes集群中的service
  • 在kubernetes的工作负载与集群外的后端之间互相迁移
可以这样定义一个没有selector的service。
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: my-service
spec:
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 9376
定义一个Endpoints来对应该service。
kind: Endpoints
apiVersion: v1
metadata:
name: my-service
subsets:
- addresses:
- ip: 1.2.3.4
ports:
- port: 9376
访问没有selector的service跟访问有selector的service时没有任何区别。
使用kubernetes时有一个很常见的需求,就是当数据库部署在kubernetes集群之外的时候,集群内的service如何访问数据库呢?当然你可以直接使用数据库的IP地址和端口号来直接访问,有没有什么优雅的方式呢?你需要用到ExternalName Service
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: my-service
namespace: prod
spec:
type: ExternalName
externalName: my.database.example.com
ports:
- port: 12345
这个例子中,在kubernetes集群内访问my-service实际上会重定向到my.database.example.com:12345这个地址。

参考资料