一句話總結(jié)Kubernetes的Headless服務(wù)

作者：不焦躁的程序員 2023-09-05 23:34:52

Kubernetes的概念很多，有的著實(shí)讓人費(fèi)解，比如說Headless服務(wù)，聽名字就很拗口。那Headless服務(wù)是什么，使用場(chǎng)景是什么。一句話總結(jié)：Headless服務(wù)就是一組Pod組成的只供集群內(nèi)訪問（沒有ClusterIP）的Service，一般結(jié)合StatefulSet用于部署有狀態(tài)應(yīng)用的場(chǎng)景。

1、Service與服務(wù)發(fā)現(xiàn)

提到Headless Service就得先說說Service和服務(wù)發(fā)現(xiàn)。

1.1、Service簡(jiǎn)述

Service主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)一組Pod的訪問，Service 通過標(biāo)簽選擇器來(lái)關(guān)聯(lián) Pod 資源。Service對(duì)外暴露服務(wù)的方式有nodePort和loadbalancer。Service 根據(jù)訪問的端口將對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至后端Pod的端口上。

Service對(duì)象的IP地址（ClusterIP）是虛擬IP地址，僅在 Kubernetes集群內(nèi)可訪問，外部無(wú)法訪問。一般有以下幾種方式將Service暴露給外部訪問：

通過hostPort方式在單一節(jié)點(diǎn)上做端口映射
通過Pod的hostNetwork配置讓Pod資源使用工作節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)
使用NodePort或LoadBalancer類型的Service
使用Ingress 資源

本質(zhì)上來(lái)講，一個(gè)Service 對(duì)象對(duì)應(yīng)于工作節(jié)點(diǎn)內(nèi)核之中的一組路由規(guī)則，這些規(guī)則能夠?qū)⒌竭_(dá)Service對(duì)象的ClusterIP的流量轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)Pod對(duì)象的IP地址和端口。

每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)的kube-proxy組件通過API Server持續(xù)監(jiān)聽各個(gè)Service及其關(guān)聯(lián)的Pod對(duì)象，并將Service對(duì)象的創(chuàng)建或變動(dòng)，實(shí)時(shí)寫入到當(dāng)前工作節(jié)點(diǎn)的路由規(guī)則上。客戶端、Service及Pod對(duì)象的關(guān)系如下圖所示：

1.2、Service類型

Service 一般分為3種類型：ClusterIP、NodePort、LoadBalancer。

ClusterIP

通過集群內(nèi)部IP 地址暴露服務(wù)，CusterIP地址僅在集群內(nèi)部可以訪問，無(wú)法被集群外部的客戶端訪問。

NodePort

NodePort類型，將Service的端口號(hào)映射到每個(gè)Node的一個(gè)端口號(hào)上，然后分發(fā)給后端的Pod處理。這種類型的Service 既可以被集群內(nèi)部客戶端通過 CIusterIP 直接訪問，也可以在集群外部客戶端通過nodeIP:nodePort進(jìn)行訪問。

LoadBalancer

LoadBalancer類型建立在 NodePort基礎(chǔ)上，將Service映射到一個(gè)負(fù)載均衡器的IP 地址上，通常在公有云環(huán)境中使用。

客戶端通過負(fù)載均衡器的IP和Service的端號(hào)就可以訪問到具體的服務(wù)，無(wú)須再通過 kube-proxy提供的負(fù)載均衡機(jī)制進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)，可以直接將流量轉(zhuǎn)發(fā)到后端 Pod上。

如果是本地搭建LoadBalancer，一般采用metallb方案，官網(wǎng)地址：https://metallb.universe.tf/，有興趣的朋友自行搭建。

2、Headless Service的概念

在某些場(chǎng)景中，無(wú)需對(duì)外提供訪問能力，只需要在內(nèi)部找到自己想找到的Pod資源時(shí)，可以通過Headless Service來(lái)實(shí)現(xiàn)。

這種不具有ClusterIP的Service資源就是Headless Service，該 Service 的請(qǐng)求流量不需要 kube-proxy 處理，也不會(huì)有負(fù)載均衡和路由規(guī)則，而是由ClusterDNS的域名解析機(jī)制直接去訪問固定的Pod資源。

一般Headless會(huì)搭配著StatefulSet一起使用，下面繼續(xù)介紹。

3、StatefulSet結(jié)合Headless使用

3.1、StatefulSet概述

StatefulSet是編排有狀態(tài)應(yīng)用的控制器。所謂有狀態(tài)的應(yīng)用就是一組具有唯一持久數(shù)據(jù)和固定訪問名稱的 Pod。StatefulSet主要用來(lái)部署有狀態(tài)應(yīng)用，比如部署ZK、Kafka、MySQL、Redis等。

有狀態(tài)的資源通常由兩個(gè)組件構(gòu)成：Headless Service和StatefulSet。Headless Service用于為各個(gè)Pod資源分配唯一固定的標(biāo)識(shí)，然后生成DNS 解析記錄。StatefulSet用于編排Pod 對(duì)象，并借助volumeClaimTemplate自動(dòng)為Pod資源創(chuàng)建專有的存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)的高可用是StatefulSet會(huì)極力保障的一個(gè)特性，不管是縮容還是擴(kuò)容的場(chǎng)景。StatefulSet控制器不支持并行擴(kuò)縮容機(jī)制，它一次只啟動(dòng)或者終止一個(gè)Pod 資源，避免數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

StatefulSet、volumeClaimTemplate、PVC、PV的關(guān)系見下圖：

3.2、StatefulSet特性

有序性

StatefulSet借助 Headless Service 為每個(gè) Pod資源分配唯一固定的標(biāo)識(shí)，一般是在Pod名稱后面添加-0、-1、-2、...等等，。假設(shè)設(shè)置副本數(shù)replicas=2，啟動(dòng)時(shí)，先啟動(dòng)pod-0再啟動(dòng)pod-1，停止時(shí)則以相反的順序進(jìn)行，先停止pod-1再停止pod-0。

有狀態(tài)

無(wú)狀態(tài)應(yīng)用沒有固定標(biāo)識(shí)，他們不受其他Pod影響，同樣模板創(chuàng)建的任意Pod就可以替換之前的Pod。

有狀態(tài)應(yīng)用有固定的名稱和存儲(chǔ)，會(huì)受到同一組內(nèi)的其他Pod的影響。Pod對(duì)象如果被替換，新的Pod仍然具有相同的標(biāo)識(shí)和相同的存儲(chǔ)。

StatefulSet使用存儲(chǔ)卷模板為每個(gè) Pod 對(duì)象創(chuàng)建專用的 PVC存儲(chǔ)卷，通過volumeClaimTemplate自動(dòng)創(chuàng)建綁定的存儲(chǔ)PVC不變。

刪除 Pod 對(duì)象并不會(huì)刪除相關(guān)的 PV 資源，如果Pod 對(duì)象由于節(jié)點(diǎn)故障等原因被重新調(diào)度到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，之前同名Pod實(shí)例專用的 PV數(shù)據(jù)可以繼續(xù)復(fù)用。

穩(wěn)定服務(wù)發(fā)現(xiàn)

因?yàn)槭怯袪顟B(tài)的，所以想找到自己想找到的Pod，可以直接通過pod名稱.svc名稱.命名空間.svc.cluster.local訪問。

4、Yaml示例

示例部署一個(gè)Headless Service + StatefulSet，比如部署一個(gè)帶有存儲(chǔ)的nginx服務(wù)。文中使用到了volumeClaimTemplates，前提要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)storageClassName。后面會(huì)單獨(dú)寫一篇講解PV、PVC、StorageClass、Provisioner。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-statefulset-svc
  namespace: dev
spec:
  # ClusterIP | NodePort | LoadBalancer
  type: ClusterIP
  # headless service 這里的clusterIP使用None
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx-statefulset-tpl
  ports:
    - name: http
      port: 80
      targetPort: 80
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: nginx-statefulset
  namespace: dev
  labels:
    app: nginx-statefulset
spec:
  replicas: 2
  serviceName: nginx-statefulset-svc
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-statefulset-tpl
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-statefulset-tpl
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - name: www
              mountPath: /usr/share/nginx/html
  # volumeClaimTemplates是StatefulSet獨(dú)有的配置，前提要先創(chuàng)建一個(gè)storageClassName
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: www
      spec:
        resources:
          requests:
            storage: 200Mi
        accessModes:
          - ReadWriteOnce
        storageClassName: nfs-client

5、總結(jié)

一句話總結(jié)：Headless服務(wù)就是一組Pod組成的只供集群內(nèi)訪問（沒有ClusterIP）的Service，一般結(jié)合StatefulSet用于部署有狀態(tài)應(yīng)用的場(chǎng)景。

既然是Headless Service，那首先它是Service，一般的Service能被內(nèi)部和外部訪問。之所以叫Headless Service是因?yàn)橹粚?duì)內(nèi)提供訪問。既然只對(duì)內(nèi)訪問，那肯定就需要提供穩(wěn)定的訪問能力了，否則就沒什么作用了。比如說擁有固定的Pod名稱和存儲(chǔ)，所以一般會(huì)結(jié)合StatefulSet一起使用，用來(lái)部署有狀態(tài)的應(yīng)用。

責(zé)任編輯：華軒來(lái)源：不焦躁的程序員

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