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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来访问改服务
  • 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

  • 只支持4层负载均衡没有7层功能
  • 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。

Traefik提供了易用的Ingress Controller使用方法见https://docs.traefik.io/user-guide/kubernetes/

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。

参考资料