Ingress-nginx工作原理和实践

本文记录/分享 目前项目的 K8s 部署结构和请求追踪改造方案

这个图算是一个通用的前后端分离的 k8s 部署结构:
Nginx Ingress 负责暴露服务(nginx前端静态资源服务)， 根据十二要素应用的原
则，将后端 api 作为 nginx 服务的附加动态资源。

Ingress vs Ingress-nginx

Ingress 是一种向 k8s 集群外部的客户端公开服务的方法， Ingress 在网络协议栈的应用层工作,
根据请求的主机名 host 和路径 path 决定请求转发到的服务。

在应用 Ingress对象提供的功能之前，必须强调集群中存在 Ingress Controller， Ingress 资源才能正常工作。

我这里的 web 项目使用的是常见的 Ingress-nginx (官方还有其他用途的 Ingress)，Ingress-nginx 是使用 nginx 作为反向代理和负载均衡器的 K8s Ingress 控制器， 作为 Pod 运行在kube-system 命名空间。

了解 Ingress 工作原理，有利于我们如何与运维人员打交道。

下面通过 Ingress-nginx 暴露 Kibana 服务：

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: kibana
  labels:
    app: kibana
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "30"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "1800"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: "1800"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "8m"
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
spec:
  tls:
    - hosts:
      - 'https://logging.internal.gridsum.com/'
      secretName: tls-cert
  rules:
    - host: 'https://logging.internal.gridsum.com'
      http:
        paths:
          - path: /
            backend:
              serviceName: kibana
              servicePort: 5601

Ingress-nginx 中最让我困惑的是它的Paths分流与rewrite-target注解。

• Paths 分流
  一般用于 根据特定的 Path，将请求转发到特定的后端服务 Pod，后端服务 Pod 能接收到 Path 这个信息。
  一般后端服务是作为 api。
• rewrite-target
  将请求重定向到后端服务， 那有什么用处呢？

答： 以上面暴露的 kibana 为例， 我们已经可以在https://logging.internal.gridsum.com/ 访问完整的 Kibana， 如果我想利用这个域名暴露 ElasticSearch 站点，怎么操作？
这时就可以利用rewrite-target，

---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: elasticsearch
  labels:
    app: kibana
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "30"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "1800"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: "1800"
    nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "8m"
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: "/$2"
spec:
  tls:
    - hosts:
      - 'logging.internal.gridsum.com'
      secretName: tls-cert
  rules:
    - host: 'logging.internal.gridsum.com'
      http:
        paths:
          - path: /es(/|$)(.*)
            backend:
              serviceName: elasticsearch
              servicePort: 9200

在此 Ingress 定义中，由(.*)捕获的所有字符都将分配给占位符$2，然后将其用作重写目标注解中的参数。 这样的话：https://logging.internal.gridsum.com/es 将会重定向到后端 elasticsearch 站点，并且忽略了 es 这个 path

Ingress-nginx 到 webapp 的日志追踪

熟悉我的朋友知道， 我写了《一套标准的ASP.NET Core容器化应用日志收集分析方案》，这里面主要是 BackEnd App 的日志，从我上面的结构图看，

Ingress-nginx----> Nginx FrontEnd App--->BackEnd App 需要一个串联的追踪 Id， 便于观察运维网络和业务应用。

幸好 Ingress-nginx， Nginx 强大的配置能力帮助我们做了很多事情：

• 客户端请求到达 Ingress-Nginx Controllerr，Ingress-Nginx Controller 会自动添加一个X-Request-ID的请求 Header, 随机值---- 这个配置是默认的

• 请求达到 Nginx FrontEnd App， Nginx 有默认配置proxy_pass_request_headers on;， 自动将请求头都传递到上游的 Backend App

这样跨越整个结构图的 request_id 思路已经清楚了，最后一步只需要我们在 Backend App 中提取请求中携带的X-Request-ID， 并作为日志的关键输出字段。

这就涉及到怎么从自定义日志的 LayoutRender。

下面为 NLog 自定义名为x_request_id的 Render，该 Render 从请求的 X-Request-ID 标头中提取值。

① 定义 NLog Render

    /// <summary>
    /// Represent a unique identifier to represent a request from the request HTTP header X-Request-Id.
    /// </summary>
    [LayoutRenderer("x_request_id")]
    public class XRequestIdLayoutRender : HttpContextLayoutRendererBase
    {
        protected override void Append(StringBuilder builder, LogEventInfo logEvent)
        {
            var identityName = HttpContextAccessor.HttpContext?.Request?.Headers?["X-Request-Id"].FirstOrDefault();
            builder.Append(identityName);
        }
    }

    /// <summary>
    /// Represent a http context layout renderer to access the current http context.
    /// </summary>
    public abstract class HttpContextLayoutRendererBase : LayoutRenderer
    {
        private IHttpContextAccessor _httpContextAccessor;

        /// <summary>
        /// Gets the <see cref="IHttpContextAccessor"/>.
        /// </summary>
        protected IHttpContextAccessor HttpContextAccessor { get { return _httpContextAccessor ?? (_httpContextAccessor = ServiceLocator.ServiceProvider.GetService<IHttpContextAccessor>()); } }
    }

    internal sealed class ServiceLocator
    {
        public static IServiceProvider ServiceProvider { get; set; }
    }

② 从请求中获取 X-Request-Id 依赖 IHttpContextAccessor 组件
这里使用 依赖查找的方式获取该组件， 故请在 Startup ConfigureService 中生成服务

 public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
 {
     // ......
     ServiceLocator.ServiceProvider = services.BuildServiceProvider();
 }

③ 最后在 Program 中注册这个 NLog Render：

 public static void Main(string[] args)
{
     LayoutRenderer.Register<XRequestIdLayoutRender>("x_request_id");
     CreateHostBuilder(args).Build().Run();
}

这样从 Ingress-Nginx 产生的request_id，将会流转到 Backend App， 并在日志分析中起到巨大作用，也便于划清运维/开发的故障责任。

• https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/user-guide/nginx-configuration/configmap/#generate-request-id
• http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_pass_request_headers

总结

1. 了解了Ingress在应用层工作，根据Host和Path暴露k8s服务
2. 本文梳理了Ingress和常见的Ingress-nginx的关系
3. 对于应用了Ingress的应用，梳理了从Ingress-Nginx到WebApp的日志追踪id， 便于排查网络/业务故障