【K8S】Service概念及其示例

k8s里的每个Service其实就是我们经常提起的微服务架构中的一个微服务，之前讲解Pod，RC等资源对象其实都是为讲Kubernetes Service做铺垫。

下图显示了Pod、RC与Service的逻辑关系。

               

              k8s的Service定义了一个服务的访问入口地址，前端的应用通过这个入口地址访问其背后的一组由Pod副本组成的集群实例，Service与其后端Pod副本集群之间则是通过Label Selector来实现无缝对接的。RC的作用实际上是保证Service的服务能力和服务指令始终符合预期标准。

            服务之间通过TCP/IP进行通信，从而形成了强大而又灵活的弹性网格，拥有强大的分布式能力，弹性扩展能力，容错能力，程序架构也变得简单和直观许多。

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k8s提供的微服务网络架构图如下：

                          

既然每个Pod都会被分配一个单独的IP地址，而且每个Pod都提供了个了一个独立的Endpoint(Pod IP+ ContainerPort)以被客户端访问，现在多个Pod副本组成了一个集群来提供服务，那么客户端如何来访问它们呢？部署一个负载均衡器，为这组Pod开启一个对外的服务端口如8080端口，并且将这些Pod的Endpoint列表加入8080端口的转发列表，客户端就可以通过负载均衡器的对外IP地址+服务端口来访问此服务。客户端请求最后会被转发到哪个Pod,由负载均衡器的算法所决定。

运行在Node上的kube-proxy进程其实就是一个智能的软件负载均衡器，负责把对Service的请求转发到后端的某个Pod实例上，并在内部实现服务的负载均衡与会话保持机制。

Service没有公用一个负载均衡器的IP地址，每个Service都被分配了一个全局唯一的虚拟IP地址，这个虚拟IP被称为Cluster IP。这样一来，每个服务就变成了具备唯一IP地址的通信节点，服务调用就变成了最基础的TCP网络通信问题。

我们知道，Pod的Endpoint地址会随着Pod的销毁和重建而发生改变，而Service一旦被创建，k8s就会自动分配一个可用的Cluster IP,而且在Service的整个生命周期累，Cluster IP不会发生改变。所以服务发现的解决方案：只要用Service的Name与Service的Cluster IP地址做一个DNS域名映射就可以完美的解决问题。

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说了这么久，下面我们动手来创建一个Service来加深对它的理解。创建一个名为tomcat-service.yaml的定义文件。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat-service
spec:
  ports:
  - port: 18080
  selector:
    tier: frontend

上述内容定义了一个名为tomcat-service的Service,它的服务端口为8080，拥有“tier=frontend”这个Label的所有Pod实例都属于它，运行下面的命令进行创建：

kubectl create -f tomcat-server.yaml

我们之前在tomat-deployment.yaml里定义的Tomcat的Pod刚好拥有这个标签，所以刚才创建的tomcat-service已经对应一个Pod实例，运行下面的明了可以查看tomcatservice的Endpoint列表，其中x.x.x.x是Pod的IP地址，端口18080是Container暴露的端口：

kubectl get endpoints

查看tomcat-service被分配的Cluster IP及更多的信息

kubectl get svc tomcat-service -o yaml

在spec.ports的定义中，具体业务进程在容器内的targetPort上提供TCP/IP接入；port属性则定义了Service的虚端口。

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接下来谈谈Service的多端口问题。

kubernetes Service支持多额Endpoint,在存在多个Endpoint的情况下，要求每个Endpoint都定义一个名称来区分。下面为Tomcat多端口的Service定义的样例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat-service
spec:
  ports:
  - port: 8080
   name: service-port
  - port: 8005
   name: shutdown-port
  selector:
    tier: frontend

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kubernetes的服务发现机制

任何分布式系统都会涉及“服务发现”这个基础问题，k8s中的Service都有唯一的Cluster IP 及唯一的名称，而名称是由开发者自己定义的，部署时也没有必要改变，所以完全可以被固定在配置中。k8s通过Add-On增值包引入DNS系统，把服务名作为DNS域名，这样程序就可以直接使用服务名来见你通信连接了。k8s大部分应用都已经采用了DNS这种新心的服务发现机制，后面会详细讲解如何部署DNS系统。

外部系统访问Service的问题

为了更深入的理解和掌握k8s,我们需要弄明白Kubernetes里的3种IP，这3种IP分别如下：

• Node IP：Node的IP地址。
• Pod IP：Pod的IP地址。
• Cluster IP：Service的IP地址。

Node IP是K8s集群中每个节点的物理网卡的IP地址，是一个真实存在的物理网络，所有属于这个网络的服务器都能通过这个网络直接通信，不管其中是否有部分节点不属于这个k8s集群。（k8s集群外的节点访问k8s集群内的某个节点或TCP/IP服务时，都必须通过Node IP通信）

Pod IP 是每个Pod的IP地址，他是Docker Engine 根据docker0网桥的IP地址进行分配的，由于k8s要求位于不同Node上的Pod都能够批次直接通信，所以k8s里一个Pod里的容器访问另外一个Pod里的容器时，就是通过Pod IP所在的与你二层网络进行通信的，而真实的TCP/IP流量是通过Node IP 所在的物理网卡流出的。

Cluster IP 仅仅作用于k8s这个对象，并由k8s管理和分配IP地址。

Cluster IP无法被Ping,因为没有一个“实体网络对象”来响应。

Cluster IP只能结合Service Port组成一个具体的通信端口，单独的Cluster IP不具备TCP/IP通信的基础，并且它们属于Kubernetes集群这样一个封闭的空间，集群外的节点如果要访问这个通信端口，则需要做一些额外的工作。

在k8s集群內，Node Ip网，Pod IP网与Cluster IP网之间的通信，采用的是Kubernetes 自己设计的一种编程方式的特殊路由规则，与我们熟知的IP路由很大的不同。

采用NodePort解决用户访问Service的最直接，有效常见的做法如下：

1.先创建tomcat  Pod(yaml文件如下：)

apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
  name: frontend
spec:
  replicas: 1
  selector:
    tier: frontend
  template:
    metadata:
      labels:   #可以自己定义key-value
        app: app-demo
        tier: frontend   #前端架构
    spec:
      containers:
      - name: tomcat-damo
        image: tomcat
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 8080
        env:
        - name: GET_HOSTS_FROM
          value: dns

2.创建tomcat server （yaml文件如下）

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tomcat-servie
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 8080
    nodePort: 31002
  selector:
    tier: frontend

3.访问页面

NodePort的实现方式是在Kubernetes集群里的每个Node上都为需要外部访问的Service开启一个对应的TCP监听端口，外部系统只要用任意一个Node的IP地址+具体的NodePort端口号即可访问此服务，在任意Node上运行netstat命令，就可以看到有NodePort端口被监听：

NodePort还没有完全解决外部访问Service的所有问题，比如负载均衡问题。假如在我们的集群中有10个Node，则此时最好有一个负载均衡器，外部的请求只需访问此负载均衡器的IP地址，由负载均衡器负责转发流量到后面某个Node的NodePort上

Load balancer组件独立于Kubernetes集群之外，通常是一个硬件的负载均衡器，或者是以软件方式实现的，例如HAProxy或者Nginx。对于每个Service，我们通常需要配置一个对应的Load balancer实例来转发流量到后端的Node上，这的确增加了工作量及出错的概率。于是Kubernetes提供了自动化的解决方案，如果我们的集群运行在谷歌的公有云GCE上，那么只要把Service的type=NodePort改为type=LoadBalancer，Kubernetes就会自动创建一个对应的Load balancer实例并返回它的IP地址供外部客户端使用。