Kubernetes(k8s)使用ingress发布服务

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  • 一.系统环境
  • 二.前言
  • 三.Kubernetes ingress简介
  • 四.Ingress vs NodePort vs LoadBalancer
  • 五.安装部署Nginx Ingress Controller控制器
  • 六.使用Ingress来发布Kubernetes服务

    • 6.1 创建3个pod
    • 6.2 配置ingress规则发布服务
  • 七.总结

一.系统环境

本文主要基于Kubernetes1.21.9和Linux操作系统CentOS7.4。

服务器版本 Nginx Ingress Controller版本 docker软件版本 Kubernetes(k8s)集群版本 CPU架构
CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) v1.0.0 Docker version 20.10.12 v1.21.9 x86_64

Kubernetes集群架构：k8scloude1作为master节点，k8scloude2，k8scloude3作为worker节点。

服务器 操作系统版本 CPU架构 进程 功能描述
k8scloude1/192.168.110.130 CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) x86_64 docker，kube-apiserver，etcd，kube-scheduler，kube-controller-manager，kubelet，kube-proxy，coredns，calico k8s master节点
k8scloude2/192.168.110.129 CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) x86_64 docker，kubelet，kube-proxy，calico k8s worker节点
k8scloude3/192.168.110.128 CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) x86_64 docker，kubelet，kube-proxy，calico k8s worker节点

二.前言

随着云计算和容器技术的发展，越来越多的开发者开始采用Kubernetes进行应用程序部署和管理。在Kubernetes中，Service是一种重要的资源，用于管理和发布应用程序服务。而Ingress则是一种更高级别的抽象，用于定义对集群中多个服务的公共HTTP入口点。本文将介绍如何使用Ingress来发布Kubernetes服务。

使用Ingress来发布Kubernetes服务的前提是已经有一套可以正常运行的Kubernetes集群，关于Kubernetes(k8s)集群的安装部署，可以查看博客《Centos7 安装部署Kubernetes(k8s)集群》https://www.cnblogs.com/renshengdezheli/p/16686769.html。

三.Kubernetes ingress简介

Ingress是一个Kubernetes API对象，它定义了一组规则，将外部请求路由到集群中的服务。与NodePort和LoadBalancer相比，Ingress提供了更高级别的功能，例如虚拟主机、TLS终止和路径重写等。关于使用NodePort或者LoadBalancer发布Kubernetes服务，详情请查看博客《Kubernetes(k8s)服务service：service的发现和service的发布》。

要使用Ingress，需要先安装一个Ingress控制器来处理Ingress对象。Ingress控制器是一个运行在Kubernetes集群中的服务，用于监听Ingress对象的变化，并自动配置负载均衡器、路由规则和TLS证书等。

常见的Ingress控制器包括Nginx Ingress Controller、Traefik Ingress Controller和Istio Ingress Gateway。在本文中，我们将使用Nginx Ingress Controller来演示如何使用Ingress发布Kubernetes服务。

四.Ingress vs NodePort vs LoadBalancer

NodePort 和 LoadBalancer 是 Kubernetes 提供的其他两种服务发布方式。

  • NodePort 将一个随机端口映射到 Service 的端口上，这样就可以通过 Kubernetes 集群的任何节点 IP 和 NodePort 访问 Service。
  • LoadBalancer 将服务公开给外部负载均衡器，可以使用云提供商的负载均衡器或者自己配置 LoadBalancer。

Ingress 是 Kubernetes 集群中管理外部访问的重要组件，通过 Ingress Controller可以更细粒度地控制路由规则，支持多个 URL 路径和域名映射到不同的 Service 上。

NodePort 简单易用，适合小规模应用程序，但是对于高负载场景可能会出现性能问题。缺点是不够灵活，无法动态调整负载均衡策略，且端口冲突的可能性较大。

LoadBalancer 支持自动扩展，可以处理大流量和高并发请求。缺点是需要额外付费购买云平台提供的负载均衡器服务。

在选择使用哪种服务发布方式时，需要根据实际需求进行权衡。以下是一些参考因素：

  • Ingress 可以更细粒度地控制路由规则，支持多个 URL 路径和域名映射到不同的 Service 上。
  • NodePort 简单易用，适合小规模应用程序，但是对于高负载场景可能会出现性能问题。
  • LoadBalancer 支持自动扩展，可以处理大流量和高并发请求。

五.安装部署Nginx Ingress Controller控制器

要使用Ingress，需要先安装一个Ingress控制器来处理Ingress对象。本次使用Nginx Ingress Controller控制器，Nginx Ingress Controller控制器本质上是一个nginx的反向代理(根据访问地址的不同，转发到不同的服务器)。

Nginx Ingress Controller的官网为：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/deploy/

Nginx Ingress Controller的安装说明如下：

下载Nginx Ingress Controller的部署文件

[root@k8scloude1 svc]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.1.1/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

查看部署文件里需要的镜像

[root@k8scloude1 svc]# grep image deploy.yaml 
          image: k8s.gcr.io/ingress-nginx/controller:v1.1.1@sha256:0bc88eb15f9e7f84e8e56c14fa5735aaa488b840983f87bd79b1054190e660de
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          image: k8s.gcr.io/ingress-nginx/kube-webhook-certgen:v1.1.1@sha256:64d8c73dca984af206adf9d6d7e46aa550362b1d7a01f3a0a91b20cc67868660
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          image: k8s.gcr.io/ingress-nginx/kube-webhook-certgen:v1.1.1@sha256:64d8c73dca984af206adf9d6d7e46aa550362b1d7a01f3a0a91b20cc67868660
          imagePullPolicy: IfNotPresent

因为deploy.yaml部署文件需要的是k8s.gcr.io下的镜像，k8s.gcr.io这个网址访问不了，我们下载其他官网的镜像来使用也是一样的。

注意：ingress-nginx-controller镜像和kube-webhook-certgen镜像的版本不能相差太大，不然部署会失败。

在所有节点上下载Nginx Ingress Controller所需的镜像。

[root@k8scloude1 svc]# docker pull willdockerhub/ingress-nginx-controller:v1.0.0
[root@k8scloude1 svc]# docker pull docker.io/liangjw/kube-webhook-certgen:v1.1.1

#此时所需镜像就下载好了
[root@k8scloude1 svc]# docker images | grep kubecube
willdockerhub/ingress-nginx-controller                            v1.0.0    ef43679c2cae   7 months ago    283MB
liangjw/kube-webhook-certgen                                      v1.1.1    c41e9fcadf5a   6 months ago    47.7MB

修改部署文件里的镜像为下载好的镜像

[root@k8scloude1 svc]# vim deploy.yaml 

#注意：- --watch-ingress-without-class=true参数经过测试加不加这个参数都没影响
#deploy.yaml 文件里args参数修改为如下：
args:
            - /nginx-ingress-controller
            - --election-id=ingress-controller-leader
            - --controller-class=k8s.io/ingress-nginx
            - --configmap=$(POD_NAMESPACE)/ingress-nginx-controller
            - --validating-webhook=:8443
            - --validating-webhook-certificate=/usr/local/certificates/cert
            - --validating-webhook-key=/usr/local/certificates/key
            - --watch-ingress-without-class=true  # 新增

[root@k8scloude1 svc]# grep image deploy.yaml 
         image: willdockerhub/ingress-nginx-controller:v1.0.0
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          image: docker.io/liangjw/kube-webhook-certgen:v1.1.1
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          image: docker.io/liangjw/kube-webhook-certgen:v1.1.1
          imagePullPolicy: IfNotPresent

部署Nginx Ingress Controller控制器。

[root@k8scloude1 svc]# kubectl apply -f deploy.yaml 
namespace/ingress-nginx created
serviceaccount/ingress-nginx created
configmap/ingress-nginx-controller created
......
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/ingress-nginx-admission created
job.batch/ingress-nginx-admission-create created
job.batch/ingress-nginx-admission-patch created

此时Nginx Ingress Controller控制器部署成功了。

[root@k8scloude1 upload]# kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
NAME                                        READY   STATUS      RESTARTS   AGE     IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
ingress-nginx-admission-create-p4m4z        0/1     Completed   0          2m13s   10.244.112.178   k8scloude2              
ingress-nginx-admission-patch-hdp4b         0/1     Completed   2          2m13s   10.244.251.205   k8scloude3              
ingress-nginx-controller-684bbc4b45-2t8d6   1/1     Running     0          2m13s   10.244.251.207   k8scloude3

六.使用Ingress来发布Kubernetes服务

6.1 创建3个pod

pod配置文件如下，功能为使用Nginx镜像创建pod。

[root@k8scloude1 svc]# vim pod.yaml 

[root@k8scloude1 svc]# cat pod.yaml 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    test: podtest
  name: podtest
spec:
  #当需要关闭容器时，立即杀死容器而不等待默认的30秒优雅停机时长。
  terminationGracePeriodSeconds: 0
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    #imagePullPolicy: IfNotPresent：表示如果本地已经存在该镜像，则不重新下载；否则从远程 Docker Hub 下载该镜像
    imagePullPolicy: IfNotPresent

生成三个pod用于ingress访问。

[root@k8scloude1 svc]# sed 's/podtest/nginx1/' pod.yaml | kubectl apply -f -
pod/nginx1 created

[root@k8scloude1 svc]# sed 's/podtest/nginx2/' pod.yaml | kubectl apply -f -
pod/nginx2 created

[root@k8scloude1 svc]# sed 's/podtest/nginx3/' pod.yaml | kubectl apply -f -
pod/nginx3 created

[root@k8scloude1 svc]# kubectl get pod -o wide
NAME     READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE         NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx1   1/1     Running   0          21s   10.244.112.180   k8scloude2              
nginx2   1/1     Running   0          15s   10.244.251.209   k8scloude3              
nginx3   1/1     Running   0          11s   10.244.112.181   k8scloude2

修改nginx的index.html文件，用于辨别每个pod。

[root@k8scloude1 svc]# kubectl exec -it nginx1 -- sh -c "echo 111 >/usr/share/nginx/html/index.html"

[root@k8scloude1 svc]# kubectl exec -it nginx2 -- sh -c "echo 222 >/usr/share/nginx/html/index.html"

[root@k8scloude1 svc]# kubectl exec -it nginx3 -- sh -c "mkdir /usr/share/nginx/html/ingress; echo 333 >/usr/share/nginx/html/ingress/index.html"

给每个pod创建一个svc服务

[root@k8scloude1 svc]# kubectl expose --name=nginx1svc pod nginx1 --port=80
service/nginx1svc exposed

[root@k8scloude1 svc]# kubectl expose --name=nginx2svc pod nginx2 --port=80
service/nginx2svc exposed

[root@k8scloude1 svc]# kubectl expose --name=nginx3svc pod nginx3 --port=80
service/nginx3svc exposed

[root@k8scloude1 svc]# kubectl get svc -o wide
NAME        TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
nginx1svc   ClusterIP   10.96.191.58             80/TCP    72s   test=nginx1
nginx2svc   ClusterIP   10.99.148.123            80/TCP    54s   test=nginx2
nginx3svc   ClusterIP   10.103.229.198           80/TCP    15s   test=nginx3

通过ClusterIP访问每个Nginx。因为svc类型为ClusterIP，所以kubernetes集群外的机器访问不了svc，下面使用ingress发布服务。

[root@k8scloude1 svc]# curl -s 10.96.191.58
111

[root@k8scloude1 svc]# curl -s 10.99.148.123
222

[root@k8scloude1 svc]# curl -s 10.103.229.198/ingress/index.html
333

6.2 配置ingress规则发布服务

下面定义ingress的规则。ingress会将两个不同的域名(www.nginx13.com和www.nginx2.com)路由到不同的Service上。如下定义了三个规则，每个规则都绑定了一个不同的域名，并指定了该域名的HTTP请求将被转发到哪个Service上；

  • 对于第一个和第二个规则(www.nginx13.com)，对访问网址根目录路径的请求使用前缀匹配方式(pathType: Prefix)进行匹配，并将其转发到名为nginx1svc的Service上；对访问网址/ingress路径的请求使用前缀匹配方式(pathType: Prefix)进行匹配，并将其转发到名为nginx3svc的Service上；
  • 对于第三个规则(www.nginx2.com)，对访问网址根目录的请求使用前缀匹配方式(pathType: Prefix)进行匹配，并将其转发到名为nginx2svc的Service上。

特别注意：需要在annotations中指定你的ingress class，此处使用的nginx-ingress所以是Nginx，所以写为：annotations:kubernetes.io/ingress.class: “nginx”， 否则无法通过配置的域名www.nginx13.com访问。

这个Ingress资源定义了路由规则，以便在集群外部访问服务时，可以通过不同的域名和路径来访问不同的后端服务。

[root@k8scloude1 svc]# vim ingress-rule.yaml

[root@k8scloude1 svc]# cat ingress-rule.yaml 
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "nginx"
spec:
  rules:
  - host: www.nginx13.com
    http:
      paths:
      #访问网址目录
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx1svc
            port:
              number: 80
      - path: /ingress
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx3svc
            port:
              number: 80

  - host: www.nginx2.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx2svc
            port:
              number: 80

应用ingress规则

[root@k8scloude1 svc]# kubectl apply -f ingress-rule.yaml 
ingress.networking.k8s.io/my-ingress created

查看ingress

[root@k8scloude1 svc]# kubectl get ingress -o wide
NAME         CLASS    HOSTS                            ADDRESS   PORTS   AGE
my-ingress      www.nginx13.com,www.nginx2.com             80      10s


[root@k8scloude1 svc]# kubectl get ing -o wide
NAME         CLASS    HOSTS                            ADDRESS   PORTS   AGE
my-ingress      www.nginx13.com,www.nginx2.com             80      10s

可以发现80端口被映射为32253端口。

[root@k8scloude1 svc]# kubectl get svc -n ingress-nginx -o wide
NAME                                 TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                      AGE   SELECTOR
ingress-nginx-controller             NodePort    10.96.184.210           80:32253/TCP,443:30876/TCP   22m   app.kubernetes.io/component=controller,app.kubernetes.io/instance=ingress-nginx,app.kubernetes.io/name=ingress-nginx
ingress-nginx-controller-admission   ClusterIP   10.102.52.109           443/TCP                      22m   app.kubernetes.io/component=controller,app.kubernetes.io/instance=ingress-nginx,app.kubernetes.io/name=ingress-nginx

当在其他命名空间创建相同的ingress规则时，会提醒重复

[root@k8scloude1 svc]# kubectl apply -f ingress-rule.yaml -n default
Error from server (BadRequest): error when creating "ingress-rule.yaml": admission webhook "validate.nginx.ingress.kubernetes.io" denied the request: host "www.nginx13.com" and path "/" is already defined in ingress tls-ingress/my-ingress

下面在浏览器里进行访问，因为ingress-nginx-controller控制器在192.168.110.128上，所以需要在客户端配置192.168.110.128和域名的映射。

首先需要配置Windows的hosts文件：在C:WindowsSystem32driversetcHOSTS下添加如下：

192.168.110.128 www.nginx13.com
192.168.110.128 www.nginx2.com

在浏览器里访问，可以看到如下：

也可以在Linux里进行访问，同理需要在客户端配置192.168.110.128和域名的映射。

etcd1机器作为客户端，在/etc/hosts里添加ingress所在机器的地址映射。

[root@etcd1 ~]# vim /etc/hosts

[root@etcd1 ~]# cat /etc/hosts
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
192.168.110.128 www.nginx13.com
192.168.110.128 www.nginx2.com

现在访问Nginx。

[root@etcd1 ~]# curl www.nginx13.com:31853/
111

[root@etcd1 ~]# curl www.nginx13.com:31853/ingress/index.html
333

[root@etcd1 ~]# curl www.nginx2.com:31853/
222

自此使用Ingress来发布Kubernetes服务成功！

七.总结

本文介绍了如何使用Kubernetes Ingress来发布服务，并演示了如何通过创建pod、Service和Ingress资源来配置和管理应用程序。使用Ingress，您可以方便地将多个服务公开到外部，并通过路由规则和TLS终止等高级功能来保护和管理它们。在实践中，需要根据自己的需求选择适合自己的Ingress控制器，并使用Ingress资源来配置和管理服务入口点。

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