【云原生|K8s系列第5篇】：实战使用Service暴露应用

本期文章是K8s系列第5篇，主要是实战使用Service暴露应用。通过本期文章：我们将学习了解 Kubernetes 中的 Service，学习标签(Label) 和标签选择器(Label Selector) 对象如何与 Service 关联，最后在 Kubernetes 集群外用 Service 暴露应用。

在前期的文章中，已经介绍了一些云原生入门的知识及简单实战，感兴趣的同学可以去我的云原生专栏中学习，任意门：云原生学习专栏

前言：学习目标

本期的学习目标是：

学习 Kubernetes 中的 Service。
学习标签(Label) 和标签选择器(Label Selector) 对象如何与 Service 关联。
在 Kubernetes 集群外用 Service 暴露应用。

1、K8s Service介绍

Kubernetes Pod 实际上是拥有生命周期的。当一个工作 Node 挂掉后, 在 Node 上运行的 Pod 也会消亡。 ReplicaSet 会自动地通过创建新的 Pod 驱动集群回到目标状态，以此可以保证应用程序正常运行。

换一个例子来说明，目前有一个具有3个副本数的用作图像处理的后端程序。这些副本是可替换的，前端系统不应该关心后端副本，即使 Pod 丢失或重新创建。

这也就是说，Kubernetes 集群中的每个 Pod (即使是在同一个 Node 上的 Pod )都有一个唯一的 IP 地址，因此需要一种方法自动协调 Pod 之间的变更，以便应用程序保持运行。

Kubernetes 中的服务(Service)是一种抽象概念，它定义了 Pod 的逻辑集和访问 Pod 的协议。Service 使从属 Pod 之间的松耦合成为可能。和其他 Kubernetes 对象一样, Service 用 YAML (更推荐) 或者 JSON 来定义. Service 下的一组 Pod 通常由 LabelSelector 来标记。

尽管每个 Pod 都有一个唯一的 IP 地址，但是如果没有 Service ，这些 IP 不会暴露在集群外部。Service 允许你的应用程序接收流量。Service 也可以用在 ServiceSpec 标记type的方式暴露。

ClusterIP (默认) - 在集群的内部 IP 上公开 Service 。这种类型使得 Service 只能从集群内访问。
NodePort - 使用 NAT 在集群中每个选定 Node 的相同端口上公开 Service 。使用: 从集群外部访问Service。是 ClusterIP 的超集。
LoadBalancer - 在当前云中创建一个外部负载均衡器(如果支持的话)，并为 Service 分配一个固定的外部IP。是 NodePort 的超集。
ExternalName - 通过返回带有该名称的 CNAME 记录，使用任意名称(由 spec 中的externalName指定)公开 Service。不使用代理。这种类型一般需要kube-dns的v1.7或更高版本。

2、Service 和 Label 关系示意图

Service 通过一组 Pod 路由通信。Service 是一种抽象，它允许 Pod 死亡并在 Kubernetes 中复制，而不会影响应用程序。在依赖的 Pod (如应用程序中的前端和后端组件)之间进行发现和路由是由Kubernetes Service 处理的。

Service 匹配一组 Pod 是使用标签(Label)和选择器(Selector), 它们是允许对 Kubernetes 中的对象进行逻辑操作的一种分组原语。标签(Label)是附加在对象上的键/值对，可以以多种方式使用，如：

指定用于开发，测试和生产的对象
嵌入版本标签
使用 Label 将对象进行分类

3、实战使用Service暴露应用

接下来，我们将实战如何使用kubectl expose命令在集群外公开Kubernetes应用程序。我们还将学习如何使用kubectl label命令查看并将标签应用到对象。

实战使用的环境是在线终端是预先配置好的Linux环境，可以作为常规控制台使用(可以输入命令)

3.1 创建新服务

让我们验证一下应用程序是否正在运行。我们将使用kubectl get命令并查找现有的Pods:、

代码语言：javascript

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$ kubectl get pods
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl   1/1     Running   0          51s
$

我们有一个名为kubernetes的服务，它是在minikube启动集群时默认创建的。为了创建一个新服务并将其公开给外部通信，我们将使用expose命令，将NodePort作为参数(minikube还不支持LoadBalancer选项)。

代码语言：javascript

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kubectl expose deployment/kubernetes-bootcamp --type="NodePort" --port 8080

接下来，让我们列出集群中当前的服务：

代码语言：javascript

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$ kubectl get services
NAME                  TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes            ClusterIP   10.96.0.1       <none>        443/TCP          7m37s
kubernetes-bootcamp   NodePort    10.110.52.119   <none>        8080:30349/TCP   97s

现在有一个服务叫做kubernetes-bootcamp。这里我们看到服务接收了一个唯一的集群IP、一个内部端口和一个外部IP(节点的IP)。

要找出外部打开了哪些端口(通过NodePort选项)，我们将运行如下的describe service命令：

代码语言：javascript

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$ kubectl describe services/kubernetes-bootcamp
Name:                     kubernetes-bootcamp
Namespace:                default
Labels:                   app=kubernetes-bootcamp
Annotations:              <none>
Selector:                 app=kubernetes-bootcamp
Type:                     NodePort
IP Families:              <none>
IP:                       10.110.52.119
IPs:                      10.110.52.119
Port:                     <unset>  8080/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 <unset>  30349/TCP
Endpoints:                172.18.0.6:8080
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

创建一个名为NODE_PORT的环境变量，分配节点端口的值：

代码语言：javascript

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$ export NODE_PORT=$(kubectl get services/kubernetes-bootcamp -o go-template='{{(index .spec.ports 0).nodePort}}')
$ echo NODE_PORT=$NODE_PORT
NODE_PORT=30349

现在我们可以使用curl、节点的IP和外部暴露的端口来测试应用程序是否暴露在集群外：

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$ curl $(minikube ip):$NODE_PORT
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl | v=1

3.2 使用labels

部署自动为Pod创建了一个标签。使用description部署命令，我们可以看到标签的名称：

代码语言：javascript

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kubectl describe deployment

让我们使用这个标签来查询Pods列表。我们将使用kubectl get pods命令，参数是-l，后面是标签值：

代码语言：javascript

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$ kubectl get pods -l app=kubernetes-bootcamp
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl   1/1     Running   0          15m

我们也可以这样做来列出现有的服务：

代码语言：javascript

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$ kubectl get services -l app=kubernetes-bootcamp
NAME                  TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
kubernetes-bootcamp   NodePort   10.110.52.119   <none>        8080:30349/TCP   10m

获取Pod的名称并将其存储在POD_NAME环境变量中：

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$ export POD_NAME=$(kubectl get pods -o go-template --template '{{range .items}}{{.metadata.name}}{{"\n"}}{{end}}')
$ echo Name of the Pod: $POD_NAME
Name of the Pod: kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl

接下来要应用一个新标签，我们使用label命令，后面跟着对象类型、对象名称和新标签：

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$ kubectl label pods $POD_NAME version=v1
pod/kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl labeled

这将为我们的Pod应用一个新标签(我们把应用版本钉在了Pod上)，我们可以用describe Pod命令来检查它：

代码语言：javascript

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kubectl describe pods $POD_NAME

我们在这里看到标签现在连接到我们的Pod。现在我们可以使用新标签查询：

代码语言：javascript

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$ kubectl get pods -l version=v1
NAME                                  READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl   1/1     Running   0          18m

3.3 删除服务

需要删除服务，使用delete service命令。标签也可以在这里使用：

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$ kubectl delete service -l app=kubernetes-bootcamp
service "kubernetes-bootcamp" deleted

确认服务已消失：

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$ kubectl get services
NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   20m

这证实了我们的服务已被删除。为了确认路由没有暴露，我们可以查询之前暴露的IP和端口：

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$ curl $(minikube ip):$NODE_PORT
curl: (7) Failed to connect to 10.0.0.12 port 30349: Connection refused

这证明了应用程序从集群外部无法再访问。我们可以确认应用程序仍在运行，并在pod内卷起：

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$ kubectl exec -ti $POD_NAME -- curl localhost:8080
Hello Kubernetes bootcamp! | Running on: kubernetes-bootcamp-fb5c67579-pgxxl | v=1

我们在这里看到，应用程序启动了。这是因为部署正在管理应用程序。如果要关闭应用程序，还需要删除Deployment。