ASP.NET Core on K8S深入学习（4）你必须知道的Service

本篇已加入《.NET Core on K8S学习实践系列文章索引》，可以点击查看更多容器化技术相关系列文章。

前面几篇文章我们都是使用的ClusterIP供集群内部访问，每个Pod都有一个自己的IP地址，那么问题来了：当控制器使用新的Pod替代发生故障的Pod时又或者增加新的副本Pod时，新Pod会分配到新的IP地址，那么想要对外提供服务时，客户端如何找到并访问这个服务？没关系，别抠脑壳了，本文介绍的Service就是解决方案。

一、认识Service

1.1 什么是Service？

　　Service是一个抽象概念，它定义了逻辑集合下访问Pod组的策略。通过使用Service，我们就可以不用关心这个服务下面的Pod的增加和减少、故障重启等，只需通过Service就能够访问到对应服务的容器，即通过Service来暴露Pod的资源。

　　这样说可能还是有点难懂，举个例子，假设我们的一个服务Service A下面有3个Pod，我们都知道Pod的IP都不是持久化的，重启之后就会有变化。那么Service B想要访问Service A的Pod，它只需跟绑定了这3个Pod的Service A打交道就可以了，无须关心下面的3个Pod的IP和端口等信息的变化。换句话说，就像一个Service Discovery服务发现的组件，你无须关心具体服务的URL，只需知道它们在服务发现中注册的Key就可以通过类似Consul、Eureka之类的服务发现组件中获取它们的URL一样，还是实现了负载均衡效果的URL。

1.2 Service的几种类型

　　（1）ClusterIP

　　ClusterIP 服务是 Kubernetes 的默认服务。它给你一个集群内的服务，集群内的其它应用都可以访问该服务，但是集群外部无法访问它。

　　因此，这种服务常被用于内部程序互相的访问，且不需要外部访问，那么这个时候用ClusterIP就比较合适，如下面的yaml文件所示：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:  
name: my-internal-service
selector:    
app: my-app
spec:
type: ClusterIP
ports:  
- name: http
port: 80
targetPort: 80
protocol: TCP

　　那么，如果需要从外部访问呢（比如我们在开发模式下总得调试吧）？可以启用K8S的代理模式：

$ kubectl proxy --port=8080

　　如此一来，便可以通过K8S的API来访问了，例如下面这个URL就可以访问在yaml中定义的这个my-internal-service了：

http://localhost:8080/api/v1/proxy/namespaces/default/services/my-internal-service:http/

PS：ClusterIP是一个虚拟IP，由K8S节点上的iptables规则管理的。iptables会将访问Service的流量转发到后端Pod，而且使用类似于轮询的负载均衡策略转发的。　　

　　（2）NodePort

　　除了只在内部访问的服务，我们总有很多是需要暴露出来公开访问的服务吧。在ClusterIP基础上为Service在每台机器上绑定一个端口，这样就可以通过<NodeIP>:NodePort来访问这些服务。例如，下面这个yaml中定义了服务为NodePort类型：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:  
name: my-nodeport-service
selector:    
app: my-app
spec:
type: NodePort
ports:  
- name: http
port: 80
targetPort: 80
nodePort: 30036
protocol: TCP

PS：这种方式顾名思义需要一个额外的端口来进行暴露，且端口范围只能是 30000-32767，如果节点/VM 的 IP 地址发生变化，你需要能处理这种情况。

　　（3）LoadBalancer

　　LoadBalancer 服务是暴露服务到 internet 的标准方式，它借助Cloud Provider创建一个外部的负载均衡器，并将请求转发到<NodeIP>:NodePort（向节点导流）。

　　例如下面这个yaml中：

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
  clusterIP: 10.0.171.239
  loadBalancerIP: 78.11.24.19
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 146.148.47.155

PS：每一个用 LoadBalancer 暴露的服务都会有它自己的 IP 地址，每个用到的 LoadBalancer 都需要付费，这将是比较昂贵的花费。　　

二、Service的创建与运行

2.1 创建Deployment

　　这里仍然以我们的一个ASP.NET Core WebAPI项目为例，准备一个Deployment的YAML文件：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: edc-webapi-deployment
  namespace: aspnetcore
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: edc-webapi
  template:
    metadata:
      labels:
        name: edc-webapi
    spec:
      containers:
      - name: edc-webapi-container
        image: edisonsaonian/k8s-demo
        ports:
        - containerPort: 80
        imagePullPolicy: IfNotPresent

　　这里我们需要注意的就是给该Deployment标注selector的matchLabels以及template中的labels，这是一个Key/Value对，用于后续Service来匹配要挑选哪些Pod作为Service的后端，即需要给哪些Pod提供服务发现以及负载均衡的效果。

　　同样，通过kubectl创建资源：

kubectl apply -f edc-api.yaml

　　然后，通过curl命令验证一下：（这里的两个IP地址是ClusterIP，它们分别位于我的两个K8S Node节点上）

curl 10.244.1.40/api/values
curl 10.244.2.31/api/values

　　可以看到，我们的ASP.NET Core WebAPI正常的返回了JSON数据。

2.2 创建Service

　　接下来我们就为上面的两个Pod创建一个Service：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: edc-webapi-service
  namespace: aspnetcore
spec:
  ports:
    - port: 8080
      targetPort: 80
  selector:
    name: edc-webapi

　　这里需要注意的几个点：

　　（1）port : 8080 => 指将Service的8080端口映射到Pod的对应端口上，这里Pod的对应端口由 targetPort 指定。

　　（2）selector => 指将具有 name: edc-webapi 这个label的Pod作为我们这个Service的后端，为这些Pod提供统一IP和端口。

　　这里我们来进行验证一下：

kubectl get service -n aspnetcore
curl 10.1.59.71:8080/api/values

　　可以看到，默认情况下Service的类型时ClusterIP，只能提供集群内部的服务访问。如果想要为外部提供访问，那么需要改为NodePort。

2.3 使用NodePort

　　下面为Service增加NodePort访问方式：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: edc-webapi-service
  namespace: aspnetcore
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - port: 8080
      targetPort: 80
  selector:
    name: edc-webapi

　　再次进行创建，会覆盖已有配置：

kubectl apply -f edc-api-service.yaml

　　再次进行验证，会发现已经改为了NodePort方式：

　　这里的PORT已经变为了8080:32413，意味着它将Service中的8080端口映射到了Node节点的32413端口，我们可以通过访问Node节点的32413端口获取ASP.NET Core WebAPI返回的接口数据了。

　　访问k8s-node1：

　　访问k8s-node2：

2.4 指定特定端口

　　刚刚的NodePort默认情况下是随机选择一个端口（30000-32767范围内），不过我们可以使用nodePort属性指定一个特定端口：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: edc-webapi-service
  namespace: aspnetcore
spec:
  type: NodePort
  ports:
    - nodePort: 31000 
      port: 8080
      targetPort: 80
  selector:
    name: edc-webapi

　　这里我们自己指定了一个外部访问端口：31000，通过kubectl覆盖之后，我们再次验证一下：

　　访问k8s-node1：

　　访问k8s-node2：

　　最后，再次总结一下三个端口配置：

　　（1）nodePort => Node节点上监听的端口，也就是外部访问的Service端口

　　（2）port => ClusterIP上监听的端口，即内部访问的Service端口

　　（3）targetPort => Pod上监听的端口，即容器内部的端口

三、DNS访问Service

　　Kubernetes默认安装了一个dns组件coredns，它位于kube-system命名空间中：

　　每当有新的Service被创建时，coredns会添加该Service的DNS记录，于是在Cluster中的Pod便可以通过servicename.namespacename来访问Service了，从而可以做到一个服务发现的效果。

　　这里我们来验证一下，通过临时创建一个busybox Pod来访问edc-webapi-service.aspnetcore:8080：

kubectl run busybox --rm -ti --image=busybox /bin/sh

　　可以看到，coredns组件为刚刚创建的Service edc-webapi-service创建了DNS记录，在Cluster中的Pod无须知道edc-webapi-service的IP地址只需要知道ServiceName即可访问到该Service。

四、小结

　　本文介绍了K8S中Service的基本概念及常用类型，然后通过一个具体的例子演示了如何创建Service和使用NodePort的方式对外提供访问，最后介绍了如何通过DNS的方式访问Service从而实现服务发现的效果。当然，笔者也是初学，很多东西没有介绍到，也请大家多多参考其他资料更加深入了解。