k8s 对外服务之 Ingress

//Ingress 简介
service的作用体现在两个方面，对集群内部，它不断跟踪pod的变化，更新endpoint中对应pod的对象，提供了ip不断变化的pod的服务发现机制；对集群外部，他类似负载均衡器，可以在集群内外部对pod进行访问。

在Kubernetes中，Pod的IP地址和service的ClusterIP仅可以在集群网络内部使用，对于集群外的应用是不可见的。为了使外部的应用能够访问集群内的服务，Kubernetes目前提供了以下几种方案：
●NodePort：将service暴露在节点网络上，NodePort背后就是Kube-Proxy，Kube-Proxy是沟通service网络、Pod网络和节点网络的桥梁。
测试环境使用还行，当有几十上百的服务在集群中运行时，NodePort的端口管理就是个灾难。因为每个端口只能是一种服务，默认端口范围只能是 30000-32767。

●LoadBalancer：通过设置LoadBalancer映射到云服务商提供的LoadBalancer地址。这种用法仅用于在公有云服务提供商的云平台上设置 Service 的场景。受限于云平台，且通常在云平台部署LoadBalancer还需要额外的费用。
在service提交后，Kubernetes就会调用CloudProvider在公有云上为你创建一个负载均衡服务，并且把被代理的Pod的IP地址配置给负载均衡服务做后端。

●externalIPs：service允许为其分配外部IP，如果外部IP路由到集群中一个或多个Node上，Service会被暴露给这些externalIPs。通过外部IP进入到集群的流量，将会被路由到Service的Endpoint上。

●Ingress：只需一个或者少量的公网IP和LB，即可同时将多个HTTP服务暴露到外网，七层反向代理。
可以简单理解为service的service，它其实就是一组基于域名和URL路径，把用户的请求转发到一个或多个service的规则。

//Ingress 组成
●ingress：
ingress是一个API对象，通过yaml文件来配置，ingress对象的作用是定义请求如何转发到service的规则，可以理解为配置模板。
ingress通过http或https暴露集群内部service，给service提供外部URL、负载均衡、SSL/TLS能力以及基于域名的反向代理。ingress要依靠 ingress-controller 来具体实现以上功能。

●ingress-controller：
ingress-controller是具体实现反向代理及负载均衡的程序，对ingress定义的规则进行解析，根据配置的规则来实现请求转发。
ingress-controller并不是k8s自带的组件，实际上ingress-controller只是一个统称，用户可以选择不同的ingress-controller实现，目前，由k8s维护的ingress-controller只有google云的GCE与ingress-nginx两个，其他还有很多第三方维护的ingress-controller，具体可以参考官方文档。但是不管哪一种ingress-controller，实现的机制都大同小异，只是在具体配置上有差异。
一般来说，ingress-controller的形式都是一个pod，里面跑着daemon程序和反向代理程序。daemon负责不断监控集群的变化，根据 ingress对象生成配置并应用新配置到反向代理，比如ingress-nginx就是动态生成nginx配置，动态更新upstream，并在需要的时候reload程序应用新配置。为了方便，后面的例子都以k8s官方维护的ingress-nginx为例。

Ingress-Nginx github 地址：https://github.com/kubernetes/ingress-nginx
Ingress-Nginx 官方网站：https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/

总结：ingress-controller才是负责具体转发的组件，通过各种方式将它暴露在集群入口，外部对集群的请求流量会先到 ingress-controller，而ingress对象是用来告诉ingress-controller该如何转发请求，比如哪些域名、哪些URL要转发到哪些service等等。

//Ingress-Nginx 工作原理
（1）ingress-controller通过和 kubernetes APIServer 交互，动态的去感知集群中ingress规则变化，
（2）然后读取它，按照自定义的规则，规则就是写明了哪个域名对应哪个service，生成一段nginx配置，
（3）再写到nginx-ingress-controller的pod里，这个ingress-controller的pod里运行着一个Nginx服务，控制器会把生成的 nginx配置写入 /etc/nginx.conf文件中，
（4）然后reload一下使配置生效。以此达到域名区分配置和动态更新的作用。

//部署 nginx-ingress-controller
1、部署ingress-controller Pod及相关资源
mkdir /opt/ingress
cd /opt/ingress

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

修改镜像地址为：
image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/nginx-ingress-controller:v1.3.0@sha256:d1707ca76d3b044ab8a28277a2466a02100ee9f58a86af1535a3edf9323ea1b5

image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-webhook-certgen:v1.1.1@sha256:64d8c73dca984af206adf9d6d7e46aa550362b1d7a01f3a0a91b20cc67868660

//ingress 暴露服务的方式

●方式一：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector
用DaemonSet结合nodeselector来部署ingress-controller到特定的node上，然后使用HostNetwork直接把该pod与宿主机node的网络打通，直接使用宿主机的80/433端口就能访问服务。这时，ingress-controller所在的node机器就很类似传统架构的边缘节点，比如机房入口的nginx服务器。该方式整个请求链路最简单，性能相对NodePort模式更好。缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口，一个node只能部署一个ingress-controller pod。比较适合大并发的生产环境使用。

●方式二：Deployment+NodePort模式的Service
同样用deployment模式部署ingress-controller，并创建对应的service，但是type为NodePort。这样，ingress就会暴露在集群节点ip的特定端口上。由于nodeport暴露的端口是随机端口，一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境ip地址不变的场景。
NodePort方式暴露ingress虽然简单方便，但是NodePort多了一层NAT，在请求量级很大时可能对性能会有一定影响。

●方式一：Deployment+LoadBalancer 模式的 Service
如果要把ingress部署在公有云，那用这种方式比较合适。用Deployment部署ingress-controller，创建一个 type为 LoadBalancer 的 service 关联这组 pod。大部分公有云，都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器，通常还绑定了公网地址。只要把域名解析指向该地址，就实现了集群服务的对外暴露

//采用方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector
3、指定 nginx-ingress-controller 运行在 node02 节点
kubectl label node node02 ingress=true

kubectl get nodes --show-labels

4、修改 Deployment 为 DaemonSet ，指定节点运行，并开启 hostNetwork 网络
vim deploy.yaml
...
apiVersion: apps/v1
# 修改 kind
#kind: Deployment
kind: DaemonSet
......
spec:
......
template:
......
spec:
# 使用宿主机网络
hostNetwork: true
# 修改选择节点选择器
nodeSelector:
ingress: "true"
......

5、启动 nginx-ingress-controller
kubectl apply -f deploy.yaml

//nginx-ingress-controller 已经运行 node02 节点
kubectl get pod -n ingress-nginx -owide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
ingress-nginx-admission-create-vvxjr 0/1 Completed 0 19m 10.244.1.24 node01 <none> <none>
ingress-nginx-admission-patch-9gmdd 0/1 Completed 0 19m 10.244.1.25 node01 <none> <none>
ingress-nginx-controller-575585684c-9qbwp 1/1 Running 0 10m 192.168.80.30 node02 <none> <none>

kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx-controller NodePort 10.96.3.13 <none> 80:32338/TCP,443:30008/TCP 19m
ingress-nginx-controller-admission ClusterIP 10.96.175.162 <none> 443/TCP 19m

//到 node02 节点查看
netstat -lntp | grep nginx
tcp 0 0 0.0.0.0:80 0.0.0.0:* LISTEN 68911/nginx: master
tcp 0 0 0.0.0.0:8181 0.0.0.0:* LISTEN 68911/nginx: master
tcp 0 0 0.0.0.0:443 0.0.0.0:* LISTEN 68911/nginx: master
......

由于配置了 hostnetwork，nginx 已经在 node 主机本地监听 80/443/8181 端口。其中 8181 是 nginx-controller 默认配置的一个 default backend（Ingress 资源没有匹配的 rule 对象时，流量就会被导向这个 default backend）。
这样，只要访问 node 主机有公网 IP，就可以直接映射域名来对外网暴露服务了。如果要 nginx 高可用的话，可以在多个 node 上部署，并在前面再搭建一套 LVS+keepalived 做负载均衡。

6、创建 ingress 规则
//创建一个 deploy 和 svc
vim service-nginx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-app
spec:replicas: 2selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginximagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-app-svc
spec:type: ClusterIPports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 80selector:app: nginx

//创建 ingress
kubectl get ingressclasses

NAME    CONTROLLER             PARAMETERS   AGE
nginx   k8s.io/ingress-nginx   <none>       22m

vim ingress-app.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-app-ingress
spec:ingressClassName: "nginx"rules:- host: www.xny.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service:name: nginx-app-svcport:number: 80

-------------------------------------------------------------------------------------------
ingressClassName 指定 IngressClass，用来指定选择的 Ingress Controller

host 主机名可以是精确匹配，或者使用通配符来匹配，但通配符仅覆盖一个 DNS 标签（例如 *.foo.com 不匹配 baz.bar.foo.com）。

pathType 支持的路径类型有三种：
●Exact：精确匹配 URL 路径，且区分大小写。

●Prefix：基于以 / 分隔的 URL 路径前缀匹配。匹配区分大小写。如果路径的最后一个元素是请求路径中最后一个元素的子字符串，则不会匹配（例如：/foo/bar 匹配 /foo/bar/baz, 但不匹配 /foo/barbaz）。

●ImplementationSpecific：对于这种路径类型，匹配方法取决于 IngressClass。具体实现可以将其作为单独的 pathType 处理或者与 Prefix 或 Exact 类型作相同处理。
具体可详见：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/ingress/#the-ingress-resource
-------------------------------------------------------------------------------------------

kubectl apply -f service-nginx.yaml
kubectl apply -f ingress-app.yaml

kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-app-7bffc778db-sw2hl 1/1 Running 0 42s
nginx-app-7bffc778db-xsd5q 1/1 Running 0 42s

kubectl get ingress
NAME CLASS HOSTS ADDRESS PORTS AGE
ingress-v1 nginx www.xny.com 10.96.3.13 80 39s

7、测试访问
//本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts
192.168.80.10 master
192.168.80.11 node01
192.168.80.12 node02
192.168.80.12 www.xny.com

curl http://www.xny.com

8、查看 nginx-ingress-controller
kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide
NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
nginx-ingress-controller-99h72 1/1 Running 0 93s 192.168.80.15 node02 <none> <none>

kubectl exec -it nginx-ingress-controller-99h72 -n ingress-nginx /bin/bash
# more /etc/nginx/nginx.conf
//可以看到从 start server www.xny.com 到 end server www.xny.com 之间包含了此域名用于反向代理的配置

//采用方式二：Deployment+NodePort模式的Service
1、下载 nginx-ingress-controller 配置文件
mkdir /opt/ingress-nodeport
cd /opt/ingress-nodeport

官方下载地址：
wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/controller-v1.3.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml

修改镜像地址为：
image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/nginx-ingress-controller:v1.3.0@sha256:d1707ca76d3b044ab8a28277a2466a02100ee9f58a86af1535a3edf9323ea1b5

image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-webhook-certgen:v1.1.1@sha256:64d8c73dca984af206adf9d6d7e46aa550362b1d7a01f3a0a91b20cc67868660

2、修改配置文件
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
labels:
app.kubernetes.io/component: controller
app.kubernetes.io/instance: ingress-nginx
app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
app.kubernetes.io/part-of: ingress-nginx
app.kubernetes.io/version: 1.3.0
name: ingress-nginx-controller
namespace: ingress-nginx
spec:
#externalTrafficPolicy: Local #注释此行，值为Cluster表示流量可以转发到其他节点上的Pod；Local表示：流量只发给本机的Pod
ports:
......
type: NodePort #Service类型设置为 NodePort 或 LoadBalancer

3、启动 nginx-ingress-controller
kubectl apply -f deploy.yaml

kubectl get pod,svc -n ingress-nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/ingress-nginx-admission-create-vvxjr 0/1 Completed 0 37m
pod/ingress-nginx-admission-patch-9gmdd 0/1 Completed 0 37m
pod/ingress-nginx-controller-575585684c-9qbwp 1/1 Running 0 29m

NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/ingress-nginx-controller NodePort 10.96.3.13 <none> 80:32338/TCP,443:30008/TCP 37m
service/ingress-nginx-controller-admission ClusterIP 10.96.175.162 <none> 443/TCP 37m

//Ingress HTTP 代理访问
cd /opt/ingress-nodeport

#创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源
vim ingress-nginx.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-app
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginxtemplate:metadata:labels:name: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginximagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-svc
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-test
spec:ingressClassName: "nginx"rules:- host: www.benet.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: nginx-svcport:number: 80

kubectl apply -f ingress-nginx.yaml

kubectl get svc,pods -o wide
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE SELECTOR
service/kubernetes ClusterIP 10.96.0.1 <none> 443/TCP 8h <none>
service/nginx-svc ClusterIP 10.96.212.214 <none> 80/TCP 65s name=nginx

NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
pod/nginx-app-65d7b99f6b-l4g65 1/1 Running 0 65s 10.244.1.8 node01 <none> <none>
pod/nginx-app-65d7b99f6b-zcqgp 1/1 Running 0 65s 10.244.2.8 node02 <none> <none>

kubectl exec -it pod/nginx-app-65d7b99f6b-l4g65 bash
# cd /usr/share/nginx/html/
# echo 'this is web1' >> index.html

kubectl exec -it pod/nginx-app-65d7b99f6b-zcqgp bash
# cd /usr/share/nginx/html/
# echo 'this is web2' >> index.html

#测试访问
curl 10.96.212.214

kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx NodePort 10.96.67.119 <none> 80:32383/TCP,443:32133/TCP 59m

#本地 host 添加域名解析
vim /etc/hosts
192.168.80.10 master
192.168.80.11 node01
192.168.80.12 node02
192.168.80.12 www.xny.com www.benet.com

#外部访问
curl http://www.benet.com:32383

//Ingress HTTP 代理访问虚拟主机
mkdir /opt/ingress-nodeport/vhost
cd /opt/ingress-nodeport/vhost

#创建虚拟主机1资源
vim deployment1.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: deployment1
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginx1template:metadata:labels:name: nginx1spec:containers:- name: nginx1image: soscscs/myapp:v1imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: svc-1
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx1

kubectl apply -f deployment1.yaml

#创建虚拟主机2资源
vim deployment2.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: deployment2
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginx2template:metadata:labels:name: nginx2spec:containers:- name: nginx2image: soscscs/myapp:v2imagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: svc-2
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx2

kubectl apply -f deployment2.yaml

#创建ingress资源
vim ingress-nginx.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: ingress1
spec:ingressClassName: "nginx"rules:- host: www1.xny.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: svc-1port:number: 80
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: ingress2
spec:ingressClassName: "nginx"rules:- host: www2.xny.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: svc-2port:number: 80

kubectl apply -f ingress-nginx.yaml

#测试访问
kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx NodePort 10.96.67.119 <none> 80:32383/TCP,443:32133/TCP 176m

curl www1.xny.com:32383
Hello MyApp | Version: v1 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

curl www2.xny.com:32383
Hello MyApp | Version: v2 | <a href="hostname.html">Pod Name</a>

//Ingress HTTPS 代理访问
mkdir /opt/ingress-nodeport/https
cd /opt/ingress-nodeport/https

#创建ssl证书
openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/CN=nginxsvc/O=nginxsvc"

#创建 secret 资源进行存储
kubectl create secret tls tls-secret --key tls.key --cert tls.crt

kubectl get secret
NAME TYPE DATA AGE
tls-secret kubernetes.io/tls 2 2m22s

kubectl describe secret tls-secret
Name: tls-secret
Namespace: default
Labels: <none>
Annotations: <none>

Type: kubernetes.io/tls

Data
====
tls.crt: 1143 bytes
tls.key: 1704 bytes

#创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源
vim ingress-https.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-app
spec:replicas: 2selector:matchLabels:name: nginxtemplate:metadata:labels:name: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginximagePullPolicy: IfNotPresentports:- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: nginx-svc
spec:ports:- port: 80targetPort: 80protocol: TCPselector:name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-https
spec:ingressClassName: "nginx"tls:- hosts:- www3.xny.comsecretName: tls-secretrules:- host: www3.xny.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: nginx-svcport:number: 80

kubectl apply -f ingress-https.yaml

kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx NodePort 10.96.67.119 <none> 80:32383/TCP,443:32133/TCP 3h41m

#访问测试
在宿主机的 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts 文件中添加 192.168.80.10 www3.xny.com 记录。
使用谷歌浏览器访问 https://www3.xny.com:32133

//Nginx 进行 BasicAuth
mkdir /opt/ingress-nodeport/basic-auth
cd　/opt/ingress-nodeport/basic-auth

#生成用户密码认证文件，创建 secret 资源进行存储
yum -y install httpd
htpasswd -c auth zhangsan #认证文件名必须为 auth
kubectl create secret generic basic-auth --from-file=auth

#创建 ingress 资源
vim ingress-auth.yaml

//具体详细设置方法可参考官网https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/examples/auth/basic/

kubectl apply -f ingress-auth.yaml

#访问测试

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: ingress-authannotations:#设置认证类型basicnginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic#设置secret资源名称basic-authnginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth#设置认证窗口提示信息nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: 'Authentication Required - zhangsan'
spec:ingressClassName: "nginx"rules:- host: auth.xny.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:service: name: nginx-svcport:number: 80

kubectl get svc -n ingress-nginx
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
ingress-nginx NodePort 10.96.67.119 <none> 80:32383/TCP,443:32133/TCP 8h

echo '192.168.80.10 auth.xny.com' >> /etc/hosts

浏览器访问：http://auth.xny.com:32383

//Nginx 进行重写
#metadata.annotations 配置说明
●nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: <字符串> #必须重定向流量的目标URI
●nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: <布尔值> #指示位置部分是否仅可访问SSL(当Ingress包含证书时，默认为true)
●nginx.ingress.kubernetes.io/force-ssl-redirect: <布尔值> #即使Ingress未启用TLS，也强制重定向到HTTPS
●nginx.ingress.kubernetes.io/app-root: <字符串> #定义Controller必须重定向的应用程序根，如果它在'/'上下文中
●nginx.ingress.kubernetes.io/use-regex: <布尔值> #指示Ingress上定义的路径是否使用正则表达式

vim ingress-rewrite.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-rewriteannotations:nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: http://www1.xny.com:32383
spec:ingressClassName: "nginx"rules:- host: re.xny.comhttp:paths:- path: /pathType: Prefixbackend:#由于re.xny.com只是用于跳转不需要真实站点存在，因此svc资源名称可随意定义service: name: nginx-svcport:number: 80

kubectl apply -f ingress-rewrite.yaml

echo '192.168.80.10 re.xny.com' >> /etc/hosts

浏览器访问：http://re.xny.com:32383

//总结
ingress是k8s集群的请求入口，可以理解为对多个service的再次抽象
通常说的ingress一般包括ingress资源对象及ingress-controller两部分组成
ingress-controller有多种实现，社区原生的是ingress-nginx，根据具体需求选择
ingress自身的暴露有多种方式，需要根据基础环境及业务类型选择合适的方式