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k8s 对外服务之 Ingress（ LB + ingress）

news 来源：原创 2024/5/10 2:16:01

Ingress 理论

Ingress 简介

service的作用体现在两个方面，对集群内部，它不断跟踪pod的变化，更新endpoint中对应pod的对象，提供了ip不断变化的pod的服务发现机制；对集群外部，他类似负载均衡器，可以在集群内外部对pod进行访问。
 

在Kubernetes中，Pod的IP地址和service的ClusterIP仅可以在集群网络内部使用，对于集群外的应用是不可见的。为了使外部的应用能够访问集群内的服务，

Kubernetes目前提供了以下几种方案：

1、NodePort：


将service暴露在节点网络上，NodePort背后就是Kube-Proxy，Kube-Proxy是沟通service网络、Pod网络和节点网络的桥梁。

测试环境使用还行，当有几十上百的服务在集群中运行时，NodePort的端口管理就是个灾难。因为每个端口只能是一种服务，端口范围只能是 30000-32767。
 

2、LoadBalancer：.

通过设置LoadBalancer映射到云服务商提供的LoadBalancer地址。这种用法仅用于在公有云服务提供商的云平台上设置 Service 的场景。受限于云平台，且通常在云平台部署LoadBalancer还需要额外的费用。

在service提交后，Kubernetes就会调用CloudProvider在公有云上为你创建一个负载均衡服务，并且把被代理的Pod的IP地址配置给负载均衡服务做后端。
 

3、externalIPs：

service允许为其分配外部IP，如果外部IP路由到集群中一个或多个Node上，Service会被暴露给这些externalIPs。通过外部IP进入到集群的流量，将会被路由到Service的Endpoint上。 

4、Ingress：

只需一个或者少量的公网IP和LB，即可同时将多个HTTP服务暴露到外网，七层反向代理。

可以简单理解为service的service，它其实就是一组基于域名和URL路径，把用户的请求转发到一个或多个service的规则。
 

Ingress 组成

1、ingress：  nginx配置文件

ingress是一个API对象，通过yaml文件来配置，ingress对象的作用是定义请求如何转发到service的规则，可以理解为配置模板。
ingress通过http或https暴露集群内部service，给service提供外部URL、负载均衡、SSL/TLS以及基于域名的反向代理。ingress要依靠 ingress-controller 来具体实现以上功能。

2、ingress-controller：    当做反向代理或者说是转发器

ingress-controller是具体实现反向代理及负载均衡的程序，对ingress定义的规则进行解析，根据配置的规则来实现请求转发。
ingress-controller并不是k8s自带的组件，实际上ingress-controller只是一个统称，用户可以选择不同的ingress-controller实现，目前，由k8s维护的ingress-controller只有google云的GCE与ingress-nginx两个，其他还有很多第三方维护的ingress-controller，具体可以参考官方文档。但是不管哪一种ingress-controller，实现的机制都大同小异，只是在具体配置上有差异。
一般来说，ingress-controller的形式都是一个pod，里面跑着daemon程序和反向代理程序。daemon负责不断监控集群的变化，根据 ingress对象生成配置并应用新配置到反向代理，比如ingress-nginx就是动态生成nginx配置，动态更新upstream，并在需要的时候reload程序应用新配置。为了方便，后面的例子都以k8s官方维护的ingress-nginx为例。

Ingress-Nginx github 地址：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx
Ingress-Nginx 官方网站：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/
 

总结：ingress-controller才是负责具体转发的组件，通过各种方式将它暴露在集群入口，外部对集群的请求流量会先到 ingress-controller， 而ingress对象是用来告诉ingress-controller该如何转发请求，比如哪些域名、哪些URL要转发到哪些service等等。
 

Ingress 工作原理

  1. ingress-controller通过和 kubernetes APIServer 交互，动态的去感知集群中ingress规则变化，
  2. 然后读取它，按照自定义的规则，规则就是写明了哪个域名对应哪个service，生成一段nginx配置，
  3. 再写到nginx-ingress-controller的pod里，这个ingress-controller的pod里运行着一个Nginx服务，控制器会把生成的 nginx配置写入 /etc/nginx.conf文件中，
  4. 然后reload一下使配置生效。以此达到域名区分配置和动态更新的作用。
     

实例部署

/部署 nginx-ingress-controller

1、部署ingress-controller pod及相关资源
 

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml

上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
 

mkdir /opt/ingress
cd /opt/ingress

#mandatory.yaml文件中包含了很多资源的创建，包括namespace、ConfigMap、role，ServiceAccount等等所有部署ingress-controller需要的资源。
 

2、修改 ClusterRole 资源配置
 

vim mandatory.yaml
......
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
#RBAC相关资源从1.17版本开始改用rbac.authorization.k8s.io/v1，rbac.authorization.k8s.io/v1beta1在1.22版本即将弃用
kind: ClusterRole
metadata:name: nginx-ingress-clusterrolelabels:app.kubernetes.io/name: ingress-nginxapp.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
rules:- apiGroups:- ""resources:- configmaps- endpoints- nodes- pods- secretsverbs:- list- watch- apiGroups:- ""resources:- nodesverbs:- get- apiGroups:- ""resources:- servicesverbs:- get- list- watch- apiGroups:- "extensions"- "networking.k8s.io"    # （0.25版本）增加 networking.k8s.io Ingress 资源的 api resources:- ingressesverbs:- get- list- watch- apiGroups:- ""resources:- eventsverbs:- create- patch- apiGroups:- "extensions"- "networking.k8s.io"   # （0.25版本）增加 networking.k8s.io/v1 Ingress 资源的 api resources:- ingresses/statusverbs:- update

ingress 暴露服务的方式

1、方式一：Deployment+LoadBalancer 模式的 Service

如果要把ingress部署在公有云，那用这种方式比较合适。用Deployment部署ingress-controller，创建一个 type为 LoadBalancer 的 service 关联这组 pod。大部分公有云，都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器，通常还绑定了公网地址。 只要把域名解析指向该地址，就实现了集群服务的对外暴露
 

2、方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

用DaemonSet结合nodeselector来部署ingress-controller到特定的node上，然后使用HostNetwork直接把该pod与宿主机node的网络打通，直接使用宿主机的80/433端口就能访问服务。这时，ingress-controller所在的node机器就很类似传统架构的边缘节点，比如机房入口的nginx服务器。该方式整个请求链路最简单，性能相对NodePort模式更好。缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口，一个node只能部署一个ingress-controller pod。 比较适合大并发的生产环境使用。
 

3、方式三：Deployment+NodePort模式的Service

同样用deployment模式部署ingress-controller，并创建对应的service，但是type为NodePort。这样，ingress就会暴露在集群节点ip的特定端口上。由于nodeport暴露的端口是随机端口，一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境ip地址不变的场景。
NodePort方式暴露ingress虽然简单方便，但是NodePort多了一层NAT，在请求量级很大时可能对性能会有一定影响。
 

采用方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

3、指定 nginx-ingress-controller 运行在 node02 节点
 

kubectl label node node02 ingress=truekubectl get nodes --show-labels

4、修改 Deployment 为 DaemonSet ，指定节点运行，并开启 hostNetwork 网络

vim mandatory.yaml
...
apiVersion: apps/v1
# 修改 kind
# kind: Deployment
kind: DaemonSet
metadata:name: nginx-ingress-controllernamespace: ingress-nginxlabels:app.kubernetes.io/name: ingress-nginxapp.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
spec:
# 删除Replicas
# replicas: 1selector:matchLabels:app.kubernetes.io/name: ingress-nginxapp.kubernetes.io/part-of: ingress-nginxtemplate:metadata:labels:app.kubernetes.io/name: ingress-nginxapp.kubernetes.io/part-of: ingress-nginxannotations:prometheus.io/port: "10254"prometheus.io/scrape: "true"spec:# 使用主机网络hostNetwork: true# 选择节点运行nodeSelector:ingress: "true"serviceAccountName: nginx-ingress-serviceaccount
......

5、在所有 node 节点上传 nginx-ingress-controller 镜像压缩包 ingree.contro.tar.gz 到 /opt/ingress 目录，并解压和加载镜像
 

cd /opt/ingress
tar zxvf ingree.contro.tar.gz
docker load -i ingree.contro.tar

6、启动 nginx-ingress-controller
 

//nginx-ingress-controller 已经运行 node02 节点
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP              NODE     NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-ingress-controller-99h72   1/1     Running   0          93s   192.168.10.21   node02   <none>           <none>kubectl get cm,daemonset -n ingress-nginx -o wide
NAME                                        DATA   AGE
configmap/ingress-controller-leader-nginx   0      100s
configmap/nginx-configuration               0      102s
configmap/tcp-services                      0      102s
configmap/udp-services                      0      102sNAME                       DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR   AGE
nginx-ingress-controller   1         1         1       1            1           ingress=true    16m//到 node02 节点查看
netstat -lntp | grep nginx

由于配置了 hostnetwork，nginx 已经在 node 主机本地监听 80/443/8181 端口。其中 8181 是 nginx-controller 默认配置的一个 default backend（Ingress 资源没有匹配的 rule 对象时，流量就会被导向这个 default backend）。
这样，只要访问 node 主机有公网 IP，就可以直接映射域名来对外网暴露服务了。如果要 nginx 高可用的话，可以在多个 node
上部署，并在前面再搭建一套 LVS+keepalived 做负载均衡。
 

7、创建 ingress 规则
.

//创建一个 deploy 和 svc
vim service-nginx.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-app
spec:replicas: 2selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginximagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-app-svc
spec:type: ClusterIPports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 80selector:app: nginx

创建 ingress

方法一：（extensions/v1beta1 Ingress 在1.22版本即将弃用）

vim ingress-app.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-app-ingress
spec:rules:- host: www.kgc.comhttp:paths:- path: /backend:serviceName: nginx-app-svcservicePort: 80

方法二：

vim ingress-app.yaml	  
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-app-ingress
spec:rules:- host: www.kgc.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefix     backend:service:name: nginx-app-svcport:number: 80


kubectl apply -f service-nginx.yaml
kubectl apply -f ingress-app.yamlkubectl get pods
kubectl get ingress

8、测试访问
 

本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts

9、查看 nginx-ingress-controller
 

kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
kubectl exec -it nginx-ingress-controller-99h72 -n ingress-nginx /bin/bash# more /etc/nginx/nginx.conf
//可以看到从 start server www.kgc.com 到 end server www.kgc.com 之间包含了此域名用于反向代理的配置

采用方式三：Deployment+NodePort模式的Service

1、下载 nginx-ingress-controller 和 ingress-nginx 暴露端口配置文件
 

mkdir /opt/ingress-nodeport
cd /opt/ingress-nodeport

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml

国内 gitee 资源地址：

wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/nginx-0.30.0/deploy/static/provider/baremetal/service-nodeport.yaml
 

2、在所有 node 节点上传镜像包 ingress-controller-0.30.0.tar 到 /opt/ingress-nodeport 目录，并加载镜像
 

docker load -i ingress-controller-0.30.0.tar

3、启动 nginx-ingress-controller
 

kubectl apply -f mandatory.yaml
kubectl apply -f service-nodeport.yaml
-------------------------------------------------------------------------------------------
//如果K8S Pod 调度失败，在 kubectl describe pod资源时显示：
Warning  FailedScheduling  18s (x2 over 18s)  default-scheduler  0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match node selector

解决方案：
1. 给需要调度的node加上对应标签
# 相对上面这个Yaml文件的例子
 

kubectl label nodes node_name kubernetes.io/os=linux

2. 删除Yaml文件中的nodeSelector，如果对节点没有要求的话，直接删除节点选择器即可
 

kubectl get pod,svc -n ingress-nginx

Ingress HTTP 代理访问

cd /opt/ingress-nodeport

创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源

vim ingress-nginx.yaml 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-app
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginxtemplate:metadata:labels:name: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginximagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-svc
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-test
spec:rules:- host: www.benet.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: nginx-svcport:number: 80

kubectl apply -f ingress-nginx.yamlkubectl get svc,pods -o wide

kubectl exec -it pod/nginx-app-65d7b99f6b-l4g65 bashkubectl exec -it pod/nginx-app-65d7b99f6b-zcqgp bash

测试访问

curl 10.96.212.214kubectl get svc -n ingress-nginx

本地 host 添加域名解析

vim /etc/hosts

Ingress HTTP 代理访问虚拟主机

mkdir /opt/ingress-nodeport/vhost
cd /opt/ingress-nodeport/vhost

创建虚拟主机1资源

vim deployment1.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: deployment1
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginx1template:metadata:labels:name: nginx1spec:containers:- name: nginx1image: soscscs/myapp:v1imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: svc-1
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx1kubectl apply -f deployment1.yaml

创建虚拟主机2资源

vim deployment2.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: deployment2
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginx2template:metadata:labels:name: nginx2spec:containers:- name: nginx2image: soscscs/myapp:v2imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: svc-2
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx2
kubectl apply -f deployment2.yaml

创建ingress资源

vim ingress-nginx.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: ingress1
spec:rules:- host: www1.kgc.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: svc-1port:number: 80
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: ingress2
spec:rules:- host: www2.kgc.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: svc-2port:number: 80

kubectl apply -f ingress-nginx.yaml

测试访问

kubectl get svc -n ingress-nginx

curl www1.kgc.com:32383
curl www2.kgc.com:32383
 

Ingress  HTTPS 代理访问 

mkdir /opt/ingress-nodeport/https
cd /opt/ingress-nodeport/https

创建ssl证书

openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/CN=nginxsvc/O=nginxsvc"

创建 secret 资源进行存储

kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt
kubectl get secret
kubectl describe secret tls-secret

创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源

vim ingress-https.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-app
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginxtemplate:metadata:labels:name: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginximagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-svc
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-https
spec:tls:- hosts:- www3.kgc.comsecretName: tls-secretrules:- host: www3.kgc.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: nginx-svcport:number: 80

kubectl apply -f ingress-https.yaml
kubectl get svc -n ingress-nginx

访问测试

在宿主机的 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts 文件中添加 192.168.80.10 www3.kgc.com 记录。
使用谷歌浏览器访问 https://www3.kgc.com:32133
 

Nginx 进行 BasicAuth

mkdir /opt/ingress-nodeport/basic-auth
cd　/opt/ingress-nodeport/basic-auth

生成用户密码认证文件，创建 secret 资源进行存储

yum -y install httpd
htpasswd -c auth zhangsan			#认证文件名必须为 auth
kubectl create secret generic basic-auth --from-file=auth

创建 ingress 资源

vim ingress-auth.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: ingress-authannotations:#设置认证类型basicnginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic#设置secret资源名称basic-authnginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth#设置认证窗口提示信息nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: 'Authentication Required - zhangsan'
spec:rules:- host: auth.kgc.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: nginx-svcport:number: 80
//具体详细设置方法可参考官网https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/examples/auth/basic/kubectl apply -f ingress-auth.yaml

访问测试

kubectl get svc -n ingress-nginx
echo '192.168.10.19 auth.kgc.com' >> /etc/hosts浏览器访问：http://auth.kgc.com:32383


Nginx 进行重写

metadata.annotations 配置说明
  1. nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: <字符串> #必须重定向流量的目标URI
  2. nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: <布尔值> #指示位置部分是否仅可访问SSL(当Ingress包含证书时，默认为true)
  3. nginx.ingress.kubernetes.io/force-ssl-redirect: <布尔值> #即使Ingress未启用TLS，也强制重定向到HTTPS
  4. nginx.ingress.kubernetes.io/app-root: <字符串> #定义Controller必须重定向的应用程序根，如果它在'/'上下文中
  5. nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex: <布尔值> #指示Ingress上定义的路径是否使用正则表达式
vim ingress-rewrite.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-rewriteannotations:nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: http://www1.kgc.com:32383
spec:rules:- host: re.kgc.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:#由于re.kgc.com只是用于跳转不需要真实站点存在，因此svc资源名称可随意定义service: name: nginx-svcport:number: 80kubectl apply -f ingress-rewrite.yamlecho '192.168.10.21 re.kgc.com' >> /etc/hosts浏览器访问：http://re.kgc.com:32383

总结

ingress是k8s集群的请求入口，可以理解为对多个service的再次抽象
通常说的ingress一般包括ingress资源对象及ingress-controller两部分组成
ingress-controller有多种实现，社区原生的是ingress-nginx，根据具体需求选择
ingress自身的暴露有多种方式，需要根据基础环境及业务类型选择合适的方式
 

 

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