一、概述
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对服务进行访问。
为了解决这个问题，kubernetes提供了Service资源，Service会对提供同一个服务的多个pod进行聚合，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。
二、 Kube-proxy的三种模式
2.1 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（LoadBalance，负载均衡）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充当了一个四层负载均衡器的角色。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。
2.2 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不承担四层负载均衡器的角色，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。
2.3 ipvs 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。
# 此模式必须安装ipvs内核模块（集群部署的时候已安装），否则会降级为iptables；modprobe ip_vs # 开启ipvs，cm： configmap [root@k8s-master01 ~]# modprobe ip_vs [root@k8s-master01 ~]# yum install -y ipvsadm [root@k8s-master01 ~]# kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system # 修改mode: "ipvs" [root@k8s-master01 ~]# kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system [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 172.16.32.128:30080 rr -> 172.16.79.79:80 Masq 1 0 0 TCP 172.16.32.128:32665 rr -> 172.16.79.82:8443 Masq 1 0 0 TCP 172.17.0.1:30080 rr -> 172.16.79.79:80 Masq 1 0 0 TCP 172.17.0.1:32665 rr -> 172.16.79.82:8443 Masq 1 0 0 TCP 192.168.115.161:30080 rr -> 172.16.79.79:80 Masq 1 0 0 TCP 192.168.115.161:32665 rr -> 172.16.79.82:8443 Masq 1 0 0 TCP 192.168.115.166:30080 rr -> 172.16.79.79:80 Masq 1 0 0 TCP 192.168.115.166:32665 rr -> 172.16.79.82:8443 Masq 1 0 0 TCP 10.10.0.1:443 rr -> 192.168.115.161:6443 Masq 1 0 0 -> 192.168.115.162:6443 Masq 1 0 0 -> 192.168.115.163:6443 Masq 1 1 0 TCP 10.10.0.10:53 rr -> 172.16.122.139:53 Masq 1 0 0 -> 172.16.122.140:53 Masq 1 0 0 TCP 10.10.0.10:9153 rr -> 172.16.122.139:9153 Masq 1 0 0 -> 172.16.122.140:9153 Masq 1 0 0 TCP 10.10.39.128:8000 rr -> 172.16.79.80:8000 Masq 1 0 0 TCP 10.10.128.23:443 rr -> 172.16.79.81:443 Masq 1 0 0 TCP 10.10.166.16:8000 rr -> 172.16.79.79:80 Masq 1 0 0 TCP 10.10.195.192:443 rr -> 172.16.79.82:8443 Masq 1 0 0 UDP 10.10.0.10:53 rr -> 172.16.122.139:53 Masq 1 0 0 -> 172.16.122.140:53 Masq 1 0 0三、Service资源类型
常见的Service资源清单
以下是基于提供的 YAML 结构生成的表格：
字段说明表格
| 字段层级 | 字段名称 | 类型 | 必填 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| apiVersion | - | string | 是 | 固定值v1，表示 Kubernetes API 版本 |
| kind | - | string | 是 | 资源类型，固定值Service |
| metadata | - | object | 是 | 服务的元数据配置 |
| name | string | 是 | Service 的名称 | |
| namespace | string | 否 | 所属命名空间，默认default | |
| labels | list | 否 | 自定义标签列表，用于标识和筛选资源 | |
| annotations | list | 否 | 自定义注解列表，存储非标识性元数据 | |
| spec | - | object | 是 | Service 的详细配置 |
| selector | map | 否 | 标签选择器，匹配具有指定标签的 Pod | |
| type | string | 否 | 访问方式类型：ClusterIP/NodePort/LoadBalancer，默认ClusterIP | |
| clusterIP | string | 否 | 虚拟服务 IP 地址，为空时自动分配 | |
| sessionAffinity | string | 否 | 会话粘性策略，如ClientIP | |
| ports | list | 是 | 服务暴露的端口配置列表 | |
| ports[] | - | object | - | 单个端口配置 |
| name | string | 否 | 端口名称（可选） | |
| protocol | string | 否 | 协议类型：TCP/UDP，默认TCP | |
| port | int | 是 | Service 监听的端口号 | |
| targetPort | int | 否 | 转发到后端 Pod 的端口号，默认与port相同 | |
| nodePort | int | 否 | NodePort类型时映射到物理机的端口号 | |
| status | - | object | 否 | 仅当type=LoadBalancer时生效 |
| loadBalancer | object | - | 外部负载均衡器配置 | |
| ingress | object | - | 负载均衡器入口信息 | |
| ip | string | 否 | 负载均衡器的 IP 地址 | |
| hostname | string | 否 | 负载均衡器的主机名 |
资源清单案例
以下是基于提供的 YAML 文件生成的表格，展示了 Kubernetes Service 配置的关键字段及其说明：
| 字段层级 | 字段名称 | 示例值/选项 | 说明 |
|---|---|---|---|
| apiVersion | - | v1 | 资源版本，Service 资源属于核心 API 组 |
| kind | - | Service | 资源类型，固定为Service |
| metadata | - | - | 资源的元数据配置 |
| name | service | Service 的名称，在命名空间内唯一 | |
| namespace | dev | 所属命名空间，默认为default | |
| spec | - | - | Service 的核心配置 |
| selector | app: nginx | 标签选择器，匹配具有相同标签的 Pod 进行代理 | |
| type | (未指定) | 访问方式：ClusterIP/NodePort/LoadBalancer/ExternalName | |
| clusterIP | (未指定) | 虚拟 IP 地址，空值表示自动分配 | |
| sessionAffinity | (未指定) | 会话亲和性：ClientIP（基于 IP）或None（默认） | |
| spec.ports[] | - | - | 端口映射配置列表 |
| protocol | TCP | 协议类型：TCP/UDP/SCTP | |
| port | 3017 | Service 暴露的端口号 | |
| targetPort | 5003 | Pod 内容器监听的端口号 | |
| nodePort | 31122 | 仅当type: NodePort时生效，节点主机暴露的端口（范围 30000-32767） |
Service中的service.spec.type类型
以下是整理后的Kubernetes服务类型及其含义的表格：
Kubernetes服务类型说明
| 类型 | 含义 |
|---|---|
| ClusterIP | 服务仅在集群内部可用，通过集群内部IP访问，默认服务类型。 |
| ExternalName | 服务映射到外部DNS名称，通过CNAME记录返回，不代理或暴露任何容器。 |
| LoadBalancer | 服务通过云提供商的外部负载均衡器暴露，自动包含NodePort和ClusterIP功能。 |
| NodePort | 服务在每个节点的静态端口上暴露，可通过节点IP访问，同时保留ClusterIP。 |
四、Service实战案例
实验环境准备
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 ports: - containerPort: 80[root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f deployment.yaml deployment.apps/pc-deployment created # 查看pod详情 [root@k8s-master01 ~]# kubectl get pods -n dev -o wide --show-labels NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES LABELS pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5 1/1 Running 0 89s 172.16.79.83 k8s-worker01 <none> <none> app=nginx-pod,pod-template-hash=59c564ffb7 pc-deployment-59c564ffb7-fg2j8 1/1 Running 0 89s 172.16.69.206 k8s-worker02 <none> <none> app=nginx-pod,pod-template-hash=59c564ffb7 pc-deployment-59c564ffb7-sprp7 1/1 Running 0 89s 172.16.69.207 k8s-worker02 <none> <none> app=nginx-pod,pod-template-hash=59c564ffb7 # 为了方便后面的测试，修改下三台nginx的index.html页面（三台修改的IP地址不一致） [root@k8s-master01 ~]# kubectl exec -it pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5 -n dev -- /bin/sh root@pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5:/# echo "172.16.79.83" > /usr/share/nginx/html/index.html [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev exec -it pc-deployment-59c564ffb7-fg2j8 -- /bin/bash root@pc-deployment-59c564ffb7-fg2j8:/# echo "172.16.69.206" > /usr/share/nginx/html/index.html [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev exec -it pc-deployment-59c564ffb7-sprp7 -- /bin/bash root@pc-deployment-59c564ffb7-sprp7:/# echo "172.16.69.207" > /usr/share/nginx/html/index.html #修改完毕之后，访问测试 [root@k8s-master01 ~]# curl 172.16.79.83 172.16.79.83 [root@k8s-master01 ~]# curl 172.16.69.206 172.16.69.206 [root@k8s-master01 ~]# curl 172.16.69.207 172.16.69.2074.1 ClusterIP类型的Service
创建service-clusterip.yaml文件
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: service-clusterip namespace: dev spec: selector: app: nginx-pod clusterIP: 10.10.97.97 # 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 [root@k8s-master01 ~]# kubectl create -f service-clusterip.yaml service/service-clusterip created # 查看service [root@k8s-master01 ~]# kubectl get svc -n dev [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev get svc NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE service-clusterip ClusterIP 10.10.97.97 <none> 8001/TCP 10s # 查看service的详细信息 # 在这里有一个Endpoints列表，里面就是当前service可以负载到的服务入口 [root@k8s-master01 ~]# kubectl describe service -n dev Name: service-clusterip Namespace: dev Labels: <none> Annotations: <none> Selector: app=nginx-pod Type: ClusterIP IP Family Policy: SingleStack IP Families: IPv4 IP: 10.10.97.97 IPs: 10.10.97.97 Port: <unset> 8001/TCP TargetPort: 80/TCP Endpoints: 172.16.69.206:80,172.16.69.207:80,172.16.79.83:80 Session Affinity: None Events: <none> # 查看ipvs的映射规则 [root@k8s-master01 ~]# ipvsadm -Ln TCP 10.97.97.97:80 rr -> 10.10.1.39:80 Masq 1 0 0 -> 10.10.1.40:80 Masq 1 0 0 -> 10.10.2.33:80 Masq 1 0 0 # 访问10.10.97.97:8001观察效果 [root@k8s-master01 ~]# curl 10.10.97.97:8001 172.16.79.83 [root@k8s-master01 ~]# curl 10.10.97.97:8001 172.16.69.207 [root@k8s-master01 ~]# curl 10.10.97.97:8001 172.16.69.206Endpoint解析
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
# 查看ipvs的映射规则【rr 轮询】 [root@k8s-master01 ~]# ipvsadm -Ln TCP 10.97.97.97:80 rr -> 10.10.1.39:80 Masq 1 0 0 -> 10.10.1.40:80 Masq 1 0 0 -> 10.10.2.33:80 Masq 1 0 0 # 循环访问测试 [root@k8s-master01 ~]# while true;do curl 10.97.97.97:80; sleep 5; done; 10.10.1.40 10.10.1.39 10.10.2.33 10.10.1.40 10.10.1.39 10.10.2.33 # 修改分发策略----sessionAffinity:ClientIP # 查看ipvs规则【persistent 代表持久】 [root@k8s-master01 ~]# ipvsadm -Ln TCP 10.97.97.97:80 rr persistent 10800 -> 10.10.1.39:80 Masq 1 0 0 -> 10.10.1.40:80 Masq 1 0 0 -> 10.10.2.33:80 Masq 1 0 0 # 循环访问测试 [root@k8s-master01 ~]# while true;do curl 10.97.97.97; sleep 5; done; 10.10.2.33 10.10.2.33 10.10.2.33 # 删除service [root@k8s-master01 ~]# kubectl delete -f service-clusterip.yaml service "service-clusterip" deleted [root@k8s-master01 ~]# kubectl delete service service-clusterip -n dev service "service-clusterip" deleted4.2 HeadLiness类型的Service
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。
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 [root@k8s-master01 ~]# kubectl apply -f deployment-nginx-headliness.yaml service/service-headliness created # 获取service， 发现CLUSTER-IP未分配 [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev get svc NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE service-headliness ClusterIP None <none> 80/TCP 10s # 查看service详情 [root@k8s-master01 ~]# kubectl describe svc -n dev Name: service-headliness Namespace: dev Labels: <none> Annotations: <none> Selector: app=nginx-pod Type: ClusterIP IP Family Policy: SingleStack IP Families: IPv4 IP: None IPs: None Port: <unset> 80/TCP TargetPort: 80/TCP Endpoints: 172.16.69.206:80,172.16.69.207:80,172.16.79.83:80 Session Affinity: None Events: <none> # 查看域名的解析情况 [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev exec -it pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5 -- /bin/bash [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev exec -it pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5 -- /bin/bash root@pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5:/# root@pc-deployment-59c564ffb7-8vzp5:/# cat /etc/resolv.conf search dev.svc.cluster.local svc.cluster.local cluster.local nameserver 10.10.0.10 options ndots:5 [root@k8s-master01 ~]# dig @10.96.0.10 service-headliness.dev.svc.cluster.local service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 172.16.79.83 service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 172.16.69.206 service-headliness.dev.svc.cluster.local. 30 IN A 172.16.69.207 #删除service [root@k8s-master01 ~]# kubectl delete -n dev svc service-headliness service "service-headliness" deleted4.3 NodePort类型的Service
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。
创建service-nodeport.yaml
apiVersion: v1kind: Servicemetadata: name: service-nodeport namespace: devspec: selector: app: nginx-pod type: NodePort # service类型 ports: - port: 80 nodePort: 30002 # 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# 创建service [root@k8s-master01 ~]# kubectl apply -f deployment-nginx-nodeport.yaml service/service-nodeport created # 查看service [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev get svc -o wide NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR service-nodeport NodePort 10.10.25.194 <none> 80:30002/TCP 29s app=nginx-pod # 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 #删除service [root@k8s-master01 ~]# kubectl delete -n dev svc service-nodeport service "service-nodeport" deleted4.4 LoadBalancer类型的Service
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。
4.5 ExternalName类型的Service
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-externalname.yaml
# 创建service [root@k8s-master01 ~]# kubectl apply -f deployment-nginx-externalname.yaml service/service-externalname created [root@k8s-master01 ~]# kubectl -n dev get svc -o wide NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR service-externalname ExternalName <none> www.baidu.com <none> 7s <none> [root@k8s-master01 ~]# kubectl describe -n dev svc Name: service-externalname Namespace: dev Labels: <none> Annotations: <none> Selector: <none> Type: ExternalName IP Families: <none> IP: IPs: <none> External Name: www.baidu.com Session Affinity: None Events: <none> # 域名解析 [root@k8s-master01 ~]# dig @10.10.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local ; <<>> DiG 9.11.4-P2-RedHat-9.11.4-26.P2.el7_9.15 <<>> @10.10.0.10 service-externalname.dev.svc.cluster.local ; (1 server found) ;; global options: +cmd ;; Got answer: ;; WARNING: .local is reserved for Multicast DNS ;; You are currently testing what happens when an mDNS query is leaked to DNS ;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 33580 ;; flags: qr aa rd; QUERY: 1, ANSWER: 4, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1 ;; WARNING: recursion requested but not available ;; OPT PSEUDOSECTION: ; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096 ;; QUESTION SECTION: ;service-externalname.dev.svc.cluster.local. IN A ;; ANSWER SECTION: service-externalname.dev.svc.cluster.local. 5 IN CNAME www.baidu.com. www.baidu.com. 5 IN CNAME www.a.shifen.com. www.a.shifen.com. 5 IN A 39.156.66.18 www.a.shifen.com. 5 IN A 39.156.66.14 ;; Query time: 127 msec ;; SERVER: 10.10.0.10#53(10.10.0.10) ;; WHEN: 四 1月 25 15:04:37 CST 2024 ;; MSG SIZE rcvd: 247
