Kubernetes Service 概念詳解

介紹 Kubernetes Service 概念及應用

ta-ching chen

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前言 

由於 Kubernetes 的 Deployment 帶來便利性，讓開發者能夠在短時間內於多個節點上部署撰寫好的各種不同應用(application)。但該如何讓使用者能夠存取位於 Pod 上的應用，而無需考慮到不同節點的問題呢？

Service 正是 Kubernetes 解決此問題的關鍵，因此接下來文章將會為各位介紹 Kubernetes Service 的概念。

Service 

Service 是 Kubernetes 內定義的抽象化物件(object)，官方網站的介紹傳神地描述它的基本(原始)用途。

A Kubernetes Service is an abstraction which defines a logical set of Pods and a policy by which to access them.

Kubernetes Service 是個抽象化的概念，主要定義了邏輯上的一群 Pod 以及如何存取他們的規則。

這邊同時也帶出幾個問題:

  • 誰會使用 Service
  • 什麼是邏輯上的一群 Pod
  • 什麼是存取規則

Service

前述的三個問題，大抵上可以從上圖來獲得解釋

  • 為求講解方便此處繪出 Service 作為存取的進入點，實際上並沒有稱為 Service 的程式在運作。

誰會使用 Service 

除外部使用者會透過 Service 存取內部 Pod 以外 (路徑 1 -> 2)，同集群其他的 Pod 也有可能需要存取 (路徑 3 -> 2)。值得注意的是兩條路徑的存取方式以及存取的 IP 位址有所不同(這點後續其他文章會提及)。

什麼是邏輯上的一群 Pod 

簡單一句話描述就是

帶著相同標籤、做類似事情的一群 Pod

每個 Pod 本身會帶著一或多個不等的標籤在身上，當 Service 指定存取某些特定的標籤時，Label Selector 會根據 Pod 身上自帶的標籤進行分組，並回傳 Service 所要求的 Pod 資訊。

上圖右邊共有三種分別為黃、綠、藍色的 Pod，正代表著集群內有三種不同的 Pod 群組，當今天收到使用者請求時，便會將請求送至對應的藍色群組內的其中一個 Pod 進行處理。

什麼是存取規則 

就是如何存取該服務的規則，比方說 TCP/UDP、Port 等等相關規則。

Service 作為中介層，避免使用者和 Pod 進行直接連線，除了讓我們服務維持一定彈性能夠選擇不同的 Pod 來處理請求外，某種程度上亦避免裸露無謂的 Port 而導致資安問題。

另外，也體現出雲服務架構設計中一個非常重要的觀念:

對於使用者而言，僅須知道有人會處理他們的請求，而毋須知道實際上處理的人是誰。

接著就來介紹如何撰寫簡單的 Kunernetes Service 定義檔吧!

Service 定義檔主要涵括三個主要元素:

  • 服務元資料 (Metadata)
  • 被存取的應用之標籤 (Label)
  • 存取該服務的方式

服務元資料 

簡單來說就是服務的名稱，讓其他人瞭解該服務的用途

metadata:
  name: service-example

被存取的應用之標籤 

由於每個 Pod 本身會帶有一至多個標籤，如何將使用者請求送到正確的 Pod，仰賴管理者設定的標籤是否得當。

比方說，今天有 Nginx 以及 Apache 兩種網頁伺服器在運作，維運人員希望將流量導向至 Nginx，他們只要在 Pod 的 spec.selector 設定一組 app: nginx 的標籤，接著在 Service 內定義:

spec:
  selector:
    app: nginx

Service 便會根據定義檔內所設定的標籤，透過 Label Selector 找到對應的 Pod 後，建立相對應的 Iptable 規則。如此一來，當使用者請求送達 Kubernetes cluster 時，便會依照 Iptable 規則將封包繞送到實際執行的 Pod 內。

存取該服務的方式 

服務要開放給外界使用時，需要定義該服務的 Port、Protocol。以常見網頁伺服器來打比方:

  • Port: 80、443
  • Protocol: TCP

對應到 Kubernetes Service spec.ports 的寫法的話就是:

spec:
  ports:
    - name: http
      # the port for client to access
      port: 80
      # the port that web server listen on
      targetPort: 80
      # TCP/UDP are available, default is TCP
      protocol: TCP
    - name: https
      port: 443
      targetPort: 443
      protocol: TCP

而完整的 spec.ports 共包含以下幾個欄位:

  1. name: 讓維運人員瞭解該埠用途
  2. port: 對外部開放的埠號
  3. targetPort: 實際 Pod 所開放的埠號
  4. protocol (optional): 該服務使用的協定目前有 TCP/UDP 兩種，預設為 TCP
  5. nodePort (optional): 此設定只有在 spec.type 為 NodePort 或 LoadBalancer 才會存在

接著我們把前面三個元素綜合起來:

# service-example.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: service-example
spec:
  selector:
      app: nginx
  ports:
    - name: http
      port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
    - name: https
      port: 443
      targetPort: 443
      protocol: TCP

接著是建立第一個 Kubernetes Service

$ kubectl apply -f service-example.yaml
service "service-example" created

查看 Service 相關資料

$ kubectl get service service-example
NAME                 CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP       PORT(S)            AGE
service-example      10.43.249.227   <none>            80/TCP,443/TCP     6s

# detailed information
$ kubectl describe service service-example
Name:			service-example
Namespace:		default
Labels:			<none>
Selector:		app=nginx
Type:			ClusterIP
IP:			10.43.254.195
Port:			http	80/TCP
Endpoints:		<none>
Port:			https	443/TCP
Endpoints:		<none>
Session Affinity:	None
No events.⏎

如此就完成了 Kubernetes 建立摟!

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