服务暴露（ Service和Ingress）

一、Kubernetes 服务暴露介绍

Service 和 Ingress

1、service的三种类型（四层 ip+端口）

1.1、LoadBlancer

LoadBlancer Service 是 kubernetes 深度结合云平台的一个组件；当使用 LoadBlancer Service 暴露服务时，实际上是通过向底层云平台申请创建一个负载均衡器来向外暴露服务；目前 LoadBlancer Service 支持的云平台已经相对完善，比如国外的 GCE、DigitalOcean，国内的阿里云，私有云 Openstack 等等，由于 LoadBlancer Service 深度结合了云平台，所以只能在一些云平台上来使用

1.2、NodePort

NodePort Service 顾名思义，实质上就是通过在集群的每个 node 上暴露一个端口，然后将这个端口映射到某个具体的 service 来实现的，虽然每个 node 的端口有很多(0~65535)，但是由于安全性和易用性(服务多了就乱了，还有端口冲突问题)实际使用可能并不多。

# kubectl expose deployment java-web2 --port=80 --target-port=8080  --type=NodePort --name=my-svc

--port clusterIP对应端口  --target-port 容器应用的端口  --type=NodePort 节点监听端口

# kubectl get svc
NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
my-svc       NodePort    10.100.102.20    <none>        80:30264/TCP   10m

# ss -anpt  | grep  30264
LISTEN     0    128      *:30264      *:*     users:(("kube-proxy",pid=3143,fd=11))

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: java-web2
  name: java-web2
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 8080
    nodePort: 30045  #注意大小写
  selector:
    app: java-web2
  type: NodePort

1.3、cluster ip

只能只能集群内部访问

2、Ingress （七层HTTP协议域名、url）

使用 Ingress 时一般会有三个组件:

反向代理负载均衡器（nginx）
Ingress Controller (监视器，nginx和Ingress Controller已经合成一个组件，nginx无需单独部署)
Ingress （规则定义）

1.3.1、反向代理负载均衡器

反向代理负载均衡器很简单，就是 nginx、apache 什么的；在集群中反向代理负载均衡器可以自由部署，可以使用 Replication Controller、Deployment、DaemonSet 等等，不过个人喜欢以 DaemonSet 的方式部署，感觉比较方便

1.3.2、Ingress Controller

Ingress Controller 实质上可以理解为是个监视器，Ingress Controller 通过不断地跟 kubernetes API 打交道，实时的感知后端 service、pod 等变化，比如新增和减少 pod，service 增加与减少等；当得到这些变化信息后，Ingress Controller 再结合下文的 Ingress 生成配置，然后更新反向代理负载均衡器，并刷新其配置，达到服务发现的作用

1.3.3、Ingress

Ingress 简单理解就是个规则定义,是授权入站连接到达集群服务的规则集合；比如说某个域名对应某个 service，即当某个域名的请求进来时转发给某个 service;这个规则将与 Ingress Controller 结合，然后 Ingress Controller 将其动态写入到负载均衡器配置中，从而实现整体的服务发现和负载均衡

从上图中可以很清晰的看到，实际上请求进来还是被负载均衡器拦截，比如 nginx，然后 Ingress Controller 通过跟 Ingress 交互得知某个域名对应哪个 service，再通过跟 kubernetes API 交互得知 service 地址等信息；综合以后生成配置文件实时写入负载均衡器，然后负载均衡器 reload 该规则便可实现服务发现，即动态映射

了解了以上内容以后，这也就很好的说明了我为什么喜欢把负载均衡器部署为 Daemon Set；因为无论如何请求首先是被负载均衡器拦截的，所以在每个 node 上都部署一下，同时 hostport 方式监听 80 端口；那么就解决了其他方式部署不确定负载均衡器在哪的问题，同时访问每个 node 的 80 都能正确解析请求；如果前端再放个 nginx 就又实现了一层负载均衡

二、ingress存在理由和部署

1、集群内服务想要暴露出去面临着几个问题

1.1、Pod 漂移问题

众所周知 Kubernetes 具有强大的副本控制能力，能保证在任意副本(Pod)挂掉时自动从其他机器启动一个新的，还可以动态扩容等，总之一句话，这个 Pod 可能在任何时刻出现在任何节点上，也可能在任何时刻死在任何节点上；那么自然随着 Pod 的创建和销毁，Pod IP 肯定会动态变化；那么如何把这个动态的 Pod IP 暴露出去？这里借助于 Kubernetes 的 Service 机制，Service 可以以标签的形式选定一组带有指定标签的 Pod，并监控和自动负载他们的 Pod IP，那么我们向外暴露只暴露 Service IP 就行了；这就是 NodePort 模式：即在每个节点上开起一个端口，然后转发到内部 Pod IP 上，如下图所示

1.2、端口管理问题

采用 NodePort 方式暴露服务面临一个坑爹的问题是，服务一旦多起来，NodePort 在每个节点上开启的端口会及其庞大，而且难以维护；这时候引出的思考问题是 “能不能使用 Nginx 啥的只监听一个端口，比如 80，然后按照域名向后转发？” 这思路很好，简单的实现就是使用 DaemonSet 在每个 node 上监听 80，然后写好规则，因为 Nginx 外面绑定了宿主机 80 端口(就像 NodePort)，本身又在集群内，那么向后直接转发到相应 Service IP 就行了

1.3、域名分配及动态更新问题

从上面的思路，采用 Nginx 似乎已经解决了问题，但是其实这里面有一个很大缺陷：每次有新服务加入怎么改 Nginx 配置？总不能手动改或者来个 Rolling Update 前端 Nginx Pod 吧？这时候 “伟大而又正直勇敢的” Ingress 登场，如果不算上面的 Nginx，Ingress 只有两大组件：Ingress Controller 和 Ingress

Ingress 这个玩意，简单的理解就是你原来要改 Nginx 配置，然后配置各种域名对应哪个 Service，现在把这个动作抽象出来，变成一个 Ingress 对象，你可以用 yml 创建，每次不要去改 Nginx 了，直接改 yml 然后创建/更新就行了；那么问题来了：”Nginx 咋整？”

Ingress Controller 这东西就是解决 “Nginx 咋整” 的；Ingress Controoler 通过与 Kubernetes API 交互，动态的去感知集群中 Ingress 规则变化，然后读取他，按照他自己模板生成一段 Nginx 配置，再写到 Nginx Pod 里，最后 reload 一下。

在实际应用中，最新版本 Kubernetes 已经将 Nginx 与 Ingress Controller 合并为一个组件，所以 Nginx 无需单独部署，只需要部署 Ingress Controller 即可

2.部署默认后端

我们知道 前端的 Nginx 最终要负载到后端 service 上，那么如果访问不存在的域名咋整？官方给出的建议是部署一个 默认后端，对于未知请求全部负载到这个默认后端上；这个后端啥也不干，就是返回 404，部署如下

~ kubectl create -f default-backend.yaml
deployment "default-http-backend" created
service "default-http-backend" created

这个 default-backend.yaml 文件可以在官方 Ingress 仓库找到，有待补充

3、部署 Ingress Controller

部署完了后端就得把最重要的组件 Nginx+Ingres Controller(官方统一称为 Ingress Controller) 部署上

 ~ kubectl create -f nginx-ingress-controller.yaml
daemonset "nginx-ingress-lb" created

注意：官方的 Ingress Controller 有个坑， DaemonSet 方式部署的有这个问题：没有绑定到宿主机 80 端口，也就是说前端 Nginx 没有监听宿主机 80 端口；所以需要把配置搞下来自己加一下 hostNetwork，截图如下

https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/master/examples/daemonset/nginx/nginx-ingress-daemonset.yaml

yaml文件去官网下载

4、部署ingress

Ingress 就是个规则，指定哪个域名转发到哪个 Service，所以说首先我们得有个 Service，当然 Service 去哪找这里就不管了；这里默认为已经有了两个可用的 Service，以下以 Dashboard 和 kibana 为例

先写一个 Ingress 文件，语法格式啥的请参考官方文档，由于我的 Dashboard 和 Kibana 都在 kube-system 这个命名空间，所以要指定 namespace，写之前 Service 分布如下

vim dashboard-kibana-ingress.yml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: dashboard-kibana-ingress
  namespace: kube-system
spec:
  rules:
  - host: dashboard.mritd.me
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: kubernetes-dashboard
          servicePort: 80
  - host: kibana.mritd.me
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: kibana-logging
          servicePort: 5601

三、部署 Ingress TLS

TLS是安全传输层协议，ssl的升级版

官方给出的样例很简单，大致步骤就两步：创建一个含有证书的 secret、在 Ingress 开启证书；但是坑还是一堆。

3.1、创建证书

首先第一步当然要有个证书，由于我这个 Ingress 有两个服务域名，所以证书要支持两个域名；生成证书命令如下：

# 生成 CA 自签证书
mkdir cert && cd cert
openssl genrsa -out ca-key.pem 2048
openssl req -x509 -new -nodes -key ca-key.pem -days 10000 -out ca.pem -subj "/CN=kube-ca"

# 编辑 openssl 配置
cp /etc/pki/tls/openssl.cnf .
vim openssl.cnf

# 主要修改如下
[req]
req_extensions = v3_req # 这行默认注释关着的 把注释删掉
# 下面配置是新增的
[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
subjectAltName = @alt_names
[alt_names]
DNS.1 = dashboard.mritd.me
DNS.2 = kibana.mritd.me

# 生成证书
openssl genrsa -out ingress-key.pem 2048
openssl req -new -key ingress-key.pem -out ingress.csr -subj "/CN=kube-ingress" -config openssl.cnf
openssl x509 -req -in ingress.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out ingress.pem -days 365 -extensions v3_req -extfile openssl.cnf

3.2、创建 secret

创建好证书以后，需要将证书内容放到 secret 中，secret 中全部内容需要 base64 编码，然后注意去掉换行符(变成一行)；以下是我的 secret 样例(上一步中 ingress.pem 是证书，ingress-key.pem 是证书的 key)

vim ingress-secret.yml

apiVersion: v1
data:
  tls.crt: LS0tLS1CRUdJTiBDRVJUSUZJQ0FURS0tLS0tCk1JSUM5akNDQWQ2Z0F3SUJBZ0lKQU5TR2dNNnYvSVd5TUEwR0NTcUdTSWIzRFFFQkJRVUFNQkl4RURBT0JnTlYKQkFNTUIydDFZbVV0WTJFd0hoY05NVGN3TXpBME1USTBPRFF5V2hjTk1UZ3dNekEwTVRJME9EUXlXakFYTVJVdwpFd1lEVlFRRERBeHJkV0psTFdsdVozSmxjM013Z2dFaU1BMEdDU3FHU0liM0RRRUJBUVVBQTRJQkR3QXdnZ0VLCkFvSUJBUUM2dkNZRFhGSFpQOHI5Zk5jZXlkV015VVlELzAwQ2xnS0M2WjNpYWZ0QlRDK005TmcrQzloUjhJUE4KWW00cjZOMkw1MmNkcmZvQnBHZXovQVRIT0NJYUhJdlp1K1ZaTzNMZjcxZEVLR09nV21LMTliSVAzaGpSeDZhWQpIeGhEVWNab3ZzYWY1UWJHRnUydEF4L2doMTFMdXpTZWJkT0Y1dUMrWHBhTGVzWWdQUjhFS0cxS0VoRXBLMDFGCmc4MjhUU1g2TXVnVVZmWHZ1OUJRUXExVWw0Q2VMOXhQdVB5T3lMSktzbzNGOEFNUHFlaS9USWpsQVFSdmRLeFYKVUMzMnBtTHRlUFVBb2thNDRPdElmR3BIOTZybmFsMW0rMXp6YkdTemRFSEFaL2k1ZEZDNXJOaUthRmJnL2NBRwppalhlQ01xeGpzT3JLMEM4MDg4a0tjenJZK0JmQWdNQkFBR2pTakJJTUM0R0ExVWRFUVFuTUNXQ0VtUmhjMmhpCmIyRnlaQzV0Y21sMFpDNXRaWUlQYTJsaVlXNWhMbTF5YVhSa0xtMWxNQWtHQTFVZEV3UUNNQUF3Q3dZRFZSMFAKQkFRREFnWGdNQTBHQ1NxR1NJYjNEUUVCQlFVQUE0SUJBUUNFN1ByRzh6MytyaGJESC8yNGJOeW5OUUNyYVM4NwphODJUUDNxMmsxUUJ1T0doS1pwR1N3SVRhWjNUY0pKMkQ2ZlRxbWJDUzlVeDF2ckYxMWhGTWg4MU9GMkF2MU4vCm5hSU12YlY5cVhYNG16eGNROHNjakVHZ285bnlDSVpuTFM5K2NXejhrOWQ1UHVaejE1TXg4T3g3OWJWVFpkZ0sKaEhCMGJ5UGgvdG9hMkNidnBmWUR4djRBdHlrSVRhSlFzekhnWHZnNXdwSjlySzlxZHd1RHA5T3JTNk03dmNOaQpseWxDTk52T3dNQ0h3emlyc01nQ1FRcVRVamtuNllLWmVsZVY0Mk1yazREVTlVWFFjZ2dEb1FKZEM0aWNwN0sxCkRPTDJURjFVUGN0ODFpNWt4NGYwcUw1aE1sNGhtK1BZRyt2MGIrMjZjOVlud3ROd24xdmMyZVZHCi0tLS0tRU5EIENFUlRJRklDQVRFLS0tLS0K
  tls.key: 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
kind: Secret
metadata:
  name: ingress-secret
  namespace: kube-system
type: Opaque

创建完成后 create 一下就可

 ~ kubectl create -f ingress-secret.yml
secret "ingress-secret" created

其实这个配置比如证书转码啥的没必要手动去做，可以直接使用下面的命令创建，这里写这么多只是为了把步骤写清晰

kubectl create secret tls ingress-secret --key cert/ingress-key.pem --cert cert/ingress.pem

3.3、重新部署 Ingress

生成完成后需要在 Ingress 中开启 TLS，Ingress 修改后如下

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: dashboard-kibana-ingress
  namespace: kube-system
spec:
  tls:
  - hosts:
    - dashboard.mritd.me
    - kibana.mritd.me
    secretName: ingress-secret
  rules:
  - host: dashboard.mritd.me
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: kubernetes-dashboard
          servicePort: 80
  - host: kibana.mritd.me
    http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: kibana-logging
          servicePort: 5601

注意：一个 Ingress 只能使用一个 secret(secretName 段只能有一个)，也就是说只能用一个证书，更直白的说就是如果你在一个 Ingress 中配置了多个域名，那么使用 TLS 的话必须保证证书支持该 Ingress 下所有域名；并且这个 secretName 一定要放在上面域名列表最后位置，否则会报错 did not find expected key 无法创建；同时上面的 hosts 段下域名必须跟下面的 rules 中完全匹配

更需要注意一点：之所以这里单独开一段就是因为有大坑；Kubernetes Ingress 默认情况下，当你不配置证书时，会默认给你一个 TLS 证书的，也就是说你 Ingress 中配置错了，比如写了2个 secretName、或者 hosts 段中缺了某个域名，那么对于写了多个 secretName 的情况，所有域名全会走默认证书；对于 hosts 缺了某个域名的情况，缺失的域名将会走默认证书，部署时一定要验证一下证书，不能 “有了就行”；更新 Ingress 证书可能需要等一段时间才会生效

最后重新部署一下即可

 ~ kubectl delete -f dashboard-kibana-ingress.yml
ingress "dashboard-kibana-ingress" deleted
~ kubectl create -f dashboard-kibana-ingress.yml
ingress "dashboard-kibana-ingress" created

注意：部署 TLS 后 80 端口会自动重定向到 443

参考以下博文:

https://mritd.me/2016/12/06/try-traefik-on-kubernetes/

https://mritd.me/2017/03/04/how-to-use-nginx-ingress/

https://blog.csdn.net/zll_0405/article/details/88723082

https://www.kubernetes.org.cn/1885.html