Kubernetes 服务发现与负载均衡

文章目录

- - Kubernetes 服务发现与负载均衡
  - 服务发现
  - - 1. 环境变量服务发现
    - 2. DNS 服务发现
  - 负载均衡
  - - 1. Pod 层的负载均衡
    - 2. 节点层的负载均衡
    - 3. 服务层的负载均衡
  - 服务发现与负载均衡的工作流程
  - - 服务发现工作流程
    - 负载均衡工作流程
  - 总结

Kubernetes 服务发现与负载均衡

Kubernetes 提供内置的服务发现和负载均衡机制，用于连接应用的不同组件，并实现高效的请求分发。这些机制使得微服务之间的通信更加稳定和高效。

服务发现

服务发现是指自动检测应用服务的位置（IP 和端口）。在 Kubernetes 中，服务发现分为两种类型：DNS 服务发现 和 环境变量服务发现。

1. 环境变量服务发现

每当 Pod 创建时，Kubernetes 会将相关服务的信息（如 IP 地址和端口）以环境变量的形式注入到 Pod 的运行环境中。
局限性：
- 动态性较差。如果服务地址发生变更，环境变量不会自动更新。
- 随着集群规模增大，环境变量会迅速膨胀，不适合复杂场景。

2. DNS 服务发现

Kubernetes 内置的 CoreDNS 提供了基于 DNS 的服务发现方式。
服务创建时，Kubernetes 会在 CoreDNS 中为每个服务分配一个 DNS 域名（例如 myservice.mynamespace.svc.cluster.local）。
Pod 可以通过 DNS 名称直接访问目标服务，屏蔽了 IP 地址的动态变化。
优点：
- 动态性强：即使服务的 IP 发生变更，DNS 记录也会同步更新。
- 易用性高：开发者可以使用人类友好的域名。

负载均衡

Kubernetes 提供了多种负载均衡方式，分布在不同层次：Pod 层、节点层、服务层。

1. Pod 层的负载均衡

Pod 层负载均衡由 kube-proxy 实现，通过为服务创建虚拟 IP（ClusterIP），并使用 iptables 或 IPVS 规则将流量分发到后端 Pod。
工作原理：
1. kube-proxy 监视集群中服务和 Endpoint 的变化。
2. 根据服务的 Endpoint 列表，设置 iptables 或 IPVS 规则。
3. 请求流量通过服务的虚拟 IP 转发到实际的 Pod。
缺点：当后端 Pod 数量较多时，iptables 的性能会下降，推荐使用 IPVS。

2. 节点层的负载均衡

当外部流量访问集群时，Kubernetes 提供了以下几种类型的负载均衡：
1. NodePort：
  - 服务暴露在所有节点的某个特定端口（30000-32767）。
  - 外部流量可以通过任意节点的该端口访问服务。
  - 缺点：端口范围有限，不适合大规模服务。
2. LoadBalancer：
  - 在云环境下，Kubernetes 会自动调用云提供商的负载均衡服务（如 AWS ELB、GCP LB）。
  - 自动分配一个外部 IP 地址，将流量分发到服务后端的节点。
  - 缺点：依赖云平台，通常有额外成本。
3. Ingress：
  - 通过 Ingress Controller（如 NGINX、Traefik）提供基于 HTTP 和 HTTPS 的负载均衡。
  - 提供更高级的功能，如路径路由、TLS 终结。

3. 服务层的负载均衡

Kubernetes 的服务抽象支持流量分发到多个后端 Pod。
kube-proxy 使用轮询、随机等算法在多个 Pod 间进行流量分发。
服务类型：
1. ClusterIP（默认）：
  - 服务只能在集群内部访问。
  - 适用于微服务内部通信。
2. NodePort：
  - 服务通过节点端口暴露到集群外部。
3. LoadBalancer：
  - 服务通过云提供商的负载均衡器暴露到外部。
4. ExternalName：
  - 将服务映射到外部 DNS 名称。

服务发现与负载均衡的工作流程

服务发现工作流程

用户定义一个服务资源（Service），选择器（Selector）匹配后端的 Pod。
Kubernetes 创建该服务的 ClusterIP 和 DNS 记录。
其他 Pod 可以通过服务的 DNS 名称或 ClusterIP 访问该服务。

负载均衡工作流程

用户请求服务的虚拟 IP（ClusterIP）。
kube-proxy 查找服务对应的 Endpoint 列表。
kube-proxy 按负载均衡算法选择一个后端 Pod，将流量转发到该 Pod。

示例：ClusterIP 服务

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-servicenamespace: default
spec:selector:app: my-appports:- protocol: TCPport: 80       # 服务的端口targetPort: 8080 # Pod 的端口

DNS 名称：my-service.default.svc.cluster.local
ClusterIP：集群内的虚拟 IP，其他 Pod 通过此 IP 或 DNS 名称访问。

示例：NodePort 服务

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-service
spec:type: NodePortselector:app: my-appports:- port: 80targetPort: 8080nodePort: 30080

外部访问方式：<NodeIP>:30080

示例：Ingress 负载均衡

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: my-ingress
spec:rules:- host: example.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service:name: my-serviceport:number: 80

功能：
- 根据 example.com 和路径 / 将流量路由到 my-service。

总结

功能	服务发现	负载均衡
定义	自动检测服务位置和访问方式	将流量分发到多个后端 Pod
实现机制	环境变量、DNS	kube-proxy、Ingress
适用场景	微服务通信、动态发现	流量分发、访问优化
工具支持	CoreDNS	iptables、IPVS、Ingress