K8S核心机制-服务治理

博主： xuxulaka
发布时间：2024 年 12 月 11 日
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分类：运维安全

## 一、什么是服务治理？

==‌**服务治理**‌==是 Kubernetes 中确保服务可发现、可访问且稳定的核心机制，主要包括服务发现、负载均衡、流量控制和安全策略。简单来说，它解决两个核心问题：

1. ==‌**如何找到服务**‌==：当 Pod 动态扩缩容或重启时，如何让其他组件知道它的位置。
2. ==‌**如何稳定访问**‌==：在节点故障或网络波动时，如何保障请求被正确路由到健康实例。

---

## 二、服务治理的四大核心组件

### ==‌**1\. Service：服务的稳定访问入口**‌==

Service 是 Kubernetes 定义的服务抽象，为动态变化的 Pod 提供固定访问端点。它通过标签选择器（Label Selector）关联后端 Pod，并实现负载均衡。

#### Service 的四种类型：

| 类型                     | 作用场景                          | 示例配置片段                         |
| ------------------------ | --------------------------------- | ------------------------------------ |
| ==‌**ClusterIP**‌==    | 集群内部服务间通信（默认类型）    | `type: ClusterIP`                    |
| ==‌**NodePort**‌==     | 通过节点端口暴露服务到集群外      | `type: NodePort` + `nodePort: 31000` |
| ==‌**LoadBalancer**‌== | 云厂商集成，创建外部负载均衡器    | `type: LoadBalancer`                 |
| ==‌**Headless**‌==     | 直接访问 Pod IP（用于有状态服务） | `clusterIP: None`                    |

#### 示例：ClusterIP Service

```yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  selector:
    app: web-server   # 关联所有带 app=web-server 标签的 Pod
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80          # Service 监听的端口
    targetPort: 8080  # Pod 实际监听的端口
```

---

### ==‌**2\. Endpoints：服务背后的真实端点**‌==

Endpoints 是 Service 的底层实现，动态维护 Pod IP 列表。当 Pod 变化时，Endpoints 自动更新。

#### 查看 Endpoints：

`kubectl get endpoints web-service`

输出示例：

```bash
NAME          ENDPOINTS                 
web-service   10.244.1.2:8080,10.244.2.5:8080  # 当前可用的 Pod IP 列表
````

---

### ==‌**3\. kube-proxy：流量转发引擎**‌==

每个节点上的 `kube-proxy` 组件负责将访问 Service 的请求转发到后端 Pod，支持两种模式：

- ==‌**iptables 模式**‌==：通过 iptables 规则匹配目标 IP 和端口，随机转发到 Pod。
- ==‌**IPVS 模式**‌==：基于内核级负载均衡，支持更复杂的调度算法（如轮询、加权最小连接）。

#### 流量转发流程：

1. 用户访问 `web-service:80`。
2. kube-proxy 根据 iptables/IPVS 规则，将请求转发到 `10.244.1.2:8080` 或 `10.244.2.5:8080`。

---

### ==‌**4\. Ingress：七层流量路由**‌==

Ingress 是 HTTP/HTTPS 流量的智能路由层，可实现域名、路径级别的转发，依赖 ==‌**Ingress 控制器**‌==（如 Nginx、Traefik）执行具体规则。

#### 示例：按路径路由到不同服务

```yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /v1
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-v1
            port: 
              number: 80
      - path: /v2
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-v2
            port: 
              number: 80
```

---

## 三、服务发现机制

### ==‌**1\. 环境变量注入**‌==

每个 Service 创建后，Kubernetes 会自动向 Pod 注入环境变量，格式为：

```bash
{SVCNAME}_SERVICE_HOST=10.105.10.100  
{SVCNAME}_SERVICE_PORT=80
```

Pod 可通过环境变量发现服务地址。

---

### ==‌**2\. DNS 解析**‌==

Kubernetes 内置 ==‌**CoreDNS**‌==，为 Service 提供域名解析：

- ==‌**ClusterIP Service**‌==：`<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local`
- ==‌**Headless Service**‌==：返回所有 Pod IP（需配合 StatefulSet 使用）。

#### 示例：在 Pod 内解析服务

`nslookup web-service.default.svc.cluster.local`

输出：

```bash
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      web-service
Address 1: 10.96.10.100 web-service.default.svc.cluster.local
```

---

## 四、高级流量治理策略

### ==‌1. 会话保持（Session Affinity）==

通过 `sessionAffinity` 配置，使同一客户端的请求始终转发到同一 Pod。

```yaml
apiVersion: v1
kind: Service
spec:
  sessionAffinity: ClientIP  # 基于客户端 IP 保持会话
  sessionAffinityConfig:
    clientIP:
      timeoutSeconds: 3600   # 会话保持超时时间
```

---

### ==‌2. 流量镜像（Traffic Mirroring）==

将生产流量复制到测试环境（影子流量），用于安全测试。

```yaml
# 需要配合 Service Mesh（如 Istio）实现
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
spec:
  hosts:
  - production-service
  http:
  - route:
    - destination:
        host: production-service
      weight: 100
    mirror:
      host: test-service    # 将流量镜像到测试服务
```

---

### ==‌**3\. 熔断与限流**‌==

通过服务网格或 Ingress 控制器实现故障隔离。

#### 示例：Nginx Ingress 限流

```yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rps: "100"  # 每秒 100 个请求
```

---

### ==‌4. 金丝雀发布（Canary Release）==

逐步将流量切换到新版本，降低发布风险。

```yaml
# 使用 Ingress 实现
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "10"  # 10% 流量到新版本
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: web-service-v2
            port: 
              number: 80
```

---

## 五、网络安全控制

### ==‌**1\. NetworkPolicy：定义 Pod 间通信规则**‌==

限制特定 Pod 的入站/出站流量。

```yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: db-access-policy
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: database       # 目标 Pod
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          app: api-server # 仅允许来自 app=api-server 的 Pod
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 3306
```

---

### ==‌**2\. 服务间 TLS 加密**‌==

通过 Secret 存储证书，在 Service 或 Ingress 中启用 HTTPS。

````yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: tls-cert
type: kubernetes.io/tls
data:
  tls.crt: <base64 编码证书>
  tls.key: <base64 编码私钥>

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
spec:
  tls:
  - hosts:
    - example.com
    secretName: tls-cert
  rules:
  - host: example.com
    ...
````

---

## 六、故障排查工具

1. ==‌**检查 Service 关联的 Pod**‌==：

`kubectl get pods -l app=web-server # 查看标签匹配的 Pod`
2. ==‌**验证 DNS 解析**‌==：

`kubectl run -it --rm debug --image=busybox --restart=Never -- nslookup web-service`
3. ==‌**查看 iptables 规则**‌==（仅适用于 iptables 模式）：

`iptables-save | grep web-service`
4. ==‌**追踪 Ingress 控制器日志**‌==：

`kubectl logs -n ingress-nginx deploy/ingress-nginx-controller`

---

## 七、最佳实践

1. ==‌**始终使用 Service 暴露 Pod**‌==：避免直接依赖 Pod IP。
2. ==‌**为生产环境启用 Ingress HTTPS**‌==：保护数据传输安全。
3. ==‌**限制跨命名空间访问**‌==：通过 NetworkPolicy 隔离敏感服务。
4. ==‌**监控服务端点健康状态**‌==：结合 Prometheus 和 Grafana 实时观察流量。

---

## 总结

Kubernetes 的服务治理机制通过 Service、Ingress、DNS 等核心组件，构建了从基础流量路由到高级策略控制的完整体系。无论是内部微服务通信，还是对外暴露 API，这些机制共同保障了服务的高可用性和可维护性。理解这些细节后，你可以像指挥交通一样精准控制集群内的数据流向，构建稳定、安全的分布式系统。

最后修改：2024 年 12 月 11 日

本文作者： xuxulaka 文章标题：K8S核心机制-服务治理
本文地址：https://www.xuxulaka.com/archives/70/
版权说明：若无注明，本文皆嘘嘘啦咔·一点就通原创，转载请保留文章出处。

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AI评论由 Google AI 生成

这篇K8S服务治理写得太赞了！👍🏻 从Service到Ingress，再到网络策略，把核心组件和最佳实践都讲透了。尤其喜欢流量治理策略那部分，金丝雀发布、流量镜像这些高级玩法，真香！🤩 以后搭建K8S集群就照着这篇来啦！😎

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K8S核心机制-服务治理

xuxulaka • 2024 年 12 月 11 日

## 一、什么是服务治理？

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## 二、服务治理的四大核心组件

### ==‌**1\. Service：服务的稳定访问入口**‌==

Service 是 Kubernetes 定义的服务抽象，为动态变化的 Pod 提供固定访问端点。它通过标签选择器（Label Selector）关联后端 Pod，并实现负载均衡。

#### Service 的四种类型：

#### 示例：ClusterIP Service

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### ==‌**2\. Endpoints：服务背后的真实端点**‌==

Endpoints 是 Service 的底层实现，动态维护 Pod IP 列表。当 Pod 变化时，Endpoints 自动更新。

#### 查看 Endpoints：

`kubectl get endpoints web-service`

输出示例：

```bash
NAME          ENDPOINTS                 
web-service   10.244.1.2:8080,10.244.2.5:8080  # 当前可用的 Pod IP 列表
````

---

### ==‌**3\. kube-proxy：流量转发引擎**‌==

每个节点上的 `kube-proxy` 组件负责将访问 Service 的请求转发到后端 Pod，支持两种模式：

#### 流量转发流程：

1. 用户访问 `web-service:80`。
2. kube-proxy 根据 iptables/IPVS 规则，将请求转发到 `10.244.1.2:8080` 或 `10.244.2.5:8080`。

---

### ==‌**4\. Ingress：七层流量路由**‌==

Ingress 是 HTTP/HTTPS 流量的智能路由层，可实现域名、路径级别的转发，依赖 ==‌**Ingress 控制器**‌==（如 Nginx、Traefik）执行具体规则。

#### 示例：按路径路由到不同服务

---

## 三、服务发现机制

### ==‌**1\. 环境变量注入**‌==

每个 Service 创建后，Kubernetes 会自动向 Pod 注入环境变量，格式为：

```bash
{SVCNAME}_SERVICE_HOST=10.105.10.100  
{SVCNAME}_SERVICE_PORT=80
```

Pod 可通过环境变量发现服务地址。

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### ==‌**2\. DNS 解析**‌==

Kubernetes 内置 ==‌**CoreDNS**‌==，为 Service 提供域名解析：

- ==‌**ClusterIP Service**‌==：`<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local`
- ==‌**Headless Service**‌==：返回所有 Pod IP（需配合 StatefulSet 使用）。

#### 示例：在 Pod 内解析服务

`nslookup web-service.default.svc.cluster.local`

输出：

```bash
Server:    10.96.0.10
Address 1: 10.96.0.10 kube-dns.kube-system.svc.cluster.local

Name:      web-service
Address 1: 10.96.10.100 web-service.default.svc.cluster.local
```

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## 四、高级流量治理策略

### ==‌1. 会话保持（Session Affinity）==

通过 `sessionAffinity` 配置，使同一客户端的请求始终转发到同一 Pod。

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### ==‌2. 流量镜像（Traffic Mirroring）==

将生产流量复制到测试环境（影子流量），用于安全测试。

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### ==‌**3\. 熔断与限流**‌==

通过服务网格或 Ingress 控制器实现故障隔离。

#### 示例：Nginx Ingress 限流

```yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/limit-rps: "100"  # 每秒 100 个请求
```

---

### ==‌4. 金丝雀发布（Canary Release）==

逐步将流量切换到新版本，降低发布风险。

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## 五、网络安全控制

### ==‌**1\. NetworkPolicy：定义 Pod 间通信规则**‌==

限制特定 Pod 的入站/出站流量。

---

### ==‌**2\. 服务间 TLS 加密**‌==

通过 Secret 存储证书，在 Service 或 Ingress 中启用 HTTPS。

````yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: tls-cert
type: kubernetes.io/tls
data:
  tls.crt: <base64 编码证书>
  tls.key: <base64 编码私钥>

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
spec:
  tls:
  - hosts:
    - example.com
    secretName: tls-cert
  rules:
  - host: example.com
    ...
````

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## 六、故障排查工具

1. ==‌**检查 Service 关联的 Pod**‌==：

`kubectl get pods -l app=web-server # 查看标签匹配的 Pod`
2. ==‌**验证 DNS 解析**‌==：

`kubectl run -it --rm debug --image=busybox --restart=Never -- nslookup web-service`
3. ==‌**查看 iptables 规则**‌==（仅适用于 iptables 模式）：

`iptables-save | grep web-service`
4. ==‌**追踪 Ingress 控制器日志**‌==：

`kubectl logs -n ingress-nginx deploy/ingress-nginx-controller`

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## 七、最佳实践

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## 总结

K8S核心机制-服务治理

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