16.4.1 Service资源与服务发现机制

Service资源与服务发现机制#

本节围绕Kubernetes中Service资源的作用、类型选择、流量转发路径与服务发现流程展开，通过示例、命令与排错步骤，掌握稳定服务入口的设计与验证。

Service原理与流量路径（原理草图）#

文章图片

Service的作用与核心概念#

  • 稳定访问入口：为一组Pod提供固定虚拟IP（ClusterIP）与统一端口。
  • 负载均衡：将请求分发到后端Pod，实现水平扩展与高可用。
  • 服务发现：通过DNS或环境变量让应用感知服务地址。
  • 标签选择器：基于Label Selector动态绑定后端Pod集合。
  • Ready门控：NotReady的Pod不会进入Endpoint，保障稳定性。

Service类型与适用场景#

  • ClusterIP：集群内访问，微服务互调。
  • NodePort：节点端口对外访问，测试与低并发场景。
  • LoadBalancer：云负载均衡对外暴露，生产外网入口。
  • ExternalName：CNAME映射外部域名。
  • Headless Service：无ClusterIP，返回Pod列表，适合StatefulSet。

关键概念：Endpoint 与 EndpointSlice#

  • Endpoint：Service选择器匹配到的Pod IP与端口集合。
  • EndpointSlice：大规模集群分片管理，提升性能。
  • 无选择器Service：可手动创建Endpoint，指向外部服务。

实战示例：创建Service并验证服务发现#

1）准备Namespace与应用#

kubectl create ns demo

cat > /tmp/web-deploy.yaml <<'EOF'
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
  namespace: demo
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.25
        ports:
        - containerPort: 80
EOF

kubectl apply -f /tmp/web-deploy.yaml
kubectl -n demo get pods -o wide

2）创建ClusterIP Service#

cat > /tmp/web-svc.yaml <<'EOF'
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-svc
  namespace: demo
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: web
  ports:
  - name: http
    port: 80        # Service端口
    targetPort: 80  # Pod端口
EOF

kubectl apply -f /tmp/web-svc.yaml
kubectl -n demo get svc web-svc
kubectl -n demo get endpoints web-svc

3）DNS解析与访问验证（临时Pod）#

kubectl -n demo run curl --image=curlimages/curl:8.5.0 -it --rm --restart=Never -- \
  sh -c "nslookup web-svc.demo.svc.cluster.local && curl -s web-svc.demo.svc.cluster.local"

# 预期：nslookup返回ClusterIP；curl返回nginx默认页HTML

kube-proxy转发模式与命令验证#

  • iptables模式：规则多但稳定。
  • ipvs模式：内核级负载均衡，性能更优。

检查kube-proxy模式（以kubeadm集群为例）：

kubectl -n kube-system get configmap kube-proxy -o yaml | grep -i mode -n
# 预期：mode: "iptables" 或 "ipvs"

会话保持示例#

cat > /tmp/web-svc-affinity.yaml <<'EOF'
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-svc-affinity
  namespace: demo
spec:
  selector:
    app: web
  sessionAffinity: ClientIP
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
EOF

kubectl apply -f /tmp/web-svc-affinity.yaml

ExternalName与无选择器Service示例#

ExternalName#

cat > /tmp/extname.yaml <<'EOF'
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ext-google
  namespace: demo
spec:
  type: ExternalName
  externalName: www.google.com
EOF

kubectl apply -f /tmp/extname.yaml
kubectl -n demo get svc ext-google

无选择器Service（手动Endpoint指向外部IP）#

cat > /tmp/ext-svc.yaml <<'EOF'
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: ext-svc
  namespace: demo
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
EOF

cat > /tmp/ext-ep.yaml <<'EOF'
apiVersion: v1
kind: Endpoints
metadata:
  name: ext-svc
  namespace: demo
subsets:
- addresses:
  - ip: 1.1.1.1
  ports:
  - port: 80
EOF

kubectl apply -f /tmp/ext-svc.yaml
kubectl apply -f /tmp/ext-ep.yaml
kubectl -n demo get endpoints ext-svc

排错与验证清单（含命令解释）#

  • Service是否存在
kubectl -n demo get svc web-svc
# 查看Service类型、ClusterIP、端口信息
  • Endpoint是否生成
kubectl -n demo get endpoints web-svc -o yaml
# 若为空，检查Pod标签、就绪状态
  • Pod是否Ready
kubectl -n demo get pods -l app=web -o wide
kubectl -n demo describe pod <pod-name> | grep -i ready -n
  • DNS解析失败排查
kubectl -n kube-system get pods -l k8s-app=kube-dns
kubectl -n demo run dnsutils --image=registry.k8s.io/e2e-test-images/jessie-dnsutils:1.3 \
  -it --rm --restart=Never -- nslookup web-svc.demo.svc.cluster.local
  • 访问失败排查
kubectl -n demo run curl --image=curlimages/curl:8.5.0 -it --rm --restart=Never -- \
  curl -v http://web-svc.demo.svc.cluster.local
# 观察HTTP返回码与连接耗时

练习题（可操作）#

  1. 将web-svc修改为NodePort，并从集群外通过<NodeIP>:NodePort访问。
  2. 为web-svc设置ExternalTrafficPolicy: Local，比较访问日志中的源IP是否变化。
  3. 创建Headless Service并验证DNS返回Pod列表（dig A/ SRV记录）。
  4. 故意移除Pod标签，观察Endpoint变化并恢复。

小结#

通过Service类型选择、DNS发现与kube-proxy转发路径的验证，能够在集群中实现可靠的服务入口与访问解耦，并具备基本的排错与验证能力。