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详解k8s组件Ingress边缘路由器并落地到微服务 - kubernetes

写在前面

Ingress 英文翻译 进入;进入权;进食，更准确的讲就是入口，即外部流量进入k8s集群必经之口。这到大门到底有什么作用？我们如何使用Ingress？k8s又是如何进行服务发现的呢？先看一张图：
k8s ingress

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备注：此图来源我转载的一篇博客NodePort，LoadBalancer还是Ingress？我该如何选择 - kubernetes，特此说明。

原理

虽然k8s集群内部署的pod、server都有自己的IP，但是却无法提供外网访问，以前我们可以通过监听NodePort的方式暴露服务，但是这种方式并不灵活，生产环境也不建议使用。Ingresss是k8s集群中的一个API资源对象，扮演边缘路由器(edge router)的角色，也可以理解为集群防火墙、集群网关，我们可以自定义路由规则来转发、管理、暴露服务(一组pod)，非常灵活，生产环境建议使用这种方式。另外LoadBlancer也可以暴露服务，不过这种方式需要向云平台申请负债均衡器；虽然目前很多云平台都支持，但是这种方式深度耦合了云平台，所以你懂的。

首先我们来思考用传统的web服务器，比如Nginx，如何处理这种场景？
Nginx充当一个反向代理服务器拦截外部请求，读取路由规则配置，转发相应的请求到后端服务。

kubernetes处理这种场景时，涉及到三个组件：

  1. 反向代理web服务器
    负责拦截外部请求，比如Nginx、Apache、traefik等等。我一般以Deployment方式部署到kubernetes集群中，当然也可以用DeamonSet方式部署；这两种部署方式个人觉得有利有弊，感兴趣的请参考这篇文章，这里就不敖述了。

  2. Ingress controller
    k8s中的controller有很多，比如CronJob、DeamonSet、Deployment、ReplicationSet、StatefulSet等等，大家最熟悉的应该是Deployment(嘿嘿，我也是)，它的作用就是监控集群的变化，使集群始终保持我们期望的最终状态(yml文件)。同理，Ingress controller的作用就是实时感知Ingress路由规则集合的变化，再与Api Server交互，获取Service、Pod在集群中的 IP等信息，然后发送给反向代理web服务器，刷新其路由配置信息，这就是它的服务发现机制。

  3. Ingress
    定义路由规则集合，上面已经详细介绍，这里就不再敖述了。
    k8s ingress

经过上面的剖析，知道了吧，如果我们仅仅创建Ingress对象，只是定义了一系列路由规则集合而且，没有任何作用，不要想得太简单了，嘿嘿。

Ingress 选型

这个我花费了不少时间，最终选用的是Traefik，它是一个用Golang开发的轻量级的Http反向代理和负载均衡器，虽然相比于Nginx，它是后起之秀，但是它天然拥抱kubernetes，直接与集群k8s的Api Server通信，反应非常迅速，实时感知集群中Ingress定义的路由规则集合和后端Service、Pod的变化，自动热更新Traefik后端配置，根本不用创建Ingress controller对象，同时还提供了友好的控制面板和监控界面，不仅可以方便地查看Traefik根据Ingress生成的路由配置信息，还可以查看统计的一些性能指标数据，如：总响应时间、平均响应时间、不同的响应码返回的总次数等，Traefik部署请参考官网用户示例Kubernetes Ingress Controller。不仅如此，Traefik还支持丰富的annotations配置，可配置众多出色的特性，例如：自动熔断、负载均衡策略、黑名单、白名单；还支持许多后端存储，如：zookeeper、eureka、consul、rancher、docker等，它会自动感知这些统一配置中心的变化，热更新自己的路由配置，所以Traefik对于微服务来说简直就是一神器啊，嘿嘿。那么Traefik性能又如何呢？容器化部署，还担心性能，不要这么搞笑，好吗。而Nginx在拥抱kubernetes这方面比较后知后觉，详情请参考官方网站和开源项目ingress-nginx ；另外微软开源的微服务示例项目 eShopOnContainers 采用了ingress-nginx，大家可以下去自行研究。

Traefik：
k8s ingress

示例说明

使用Ingress暴露微服务

apiVersion: extensions/v1beta1kind: Ingressmetadata:  labels:    app: light    component: frontend  name: light-edge-router  namespace: geekbuying-light  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "traefik"
    ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "false"  
    traefik.frontend.rule.type: "PathPrefixStrip"
    traefik.ingress.kubernetes.io/frontend-entry-points: "http,https"
    traefik.ingress.kubernetes.io/priority: "3"spec:  rules:  - host:     http:      paths:      - path: /api/v1/light        backend:           serviceName: aggregation-light-api          servicePort: 80      - path: /api/v1/identity        backend:           serviceName: identity-api          servicePort: 80

非常重要：

  1. 当我们定义额外的路由时，比如这里的/api/vi/identity，必须添加这个traefik.ingress.kubernetes.io/rule-type: PathPrefixStrip注解传递路径，否则会看不到任何效果；ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "false"是否强制使用https，其他的配置信息，请查看详情。另外，不同的Ingress选型，请参照各自的组件说明。

  2. 其他命名空间下的服务发现规则为：[serviceName].[namespace]:[port]，如：exceptionless-ui.geekbuying-light-addons:80(备注：端口80可以省略，其他端口不能省略)，表示查找geekbuying-light-addons命名空间下的exceptionless-ui服务，并匹配端口。

特性配置

traefik支持强大的annotations配置，需要添加到kubernetes相应资源对象的annotations下面。至于具体配置到的哪个对象，先弄清楚三个概念：

  • EntryPoint(入口点)
    顾名思义，这是外部网络进入traefik的入口，我们上面就是通过监听主机端口拦截请求。

  • FrontEnd(前端)
    traefik拦截请求后，会转发给FrontEnd。前端定义EntryPoint映射到BackEnd的路由规则集，字段包括Host, Path, Headers 等，匹配请求后，默认通过加权轮询负载算法路由到一个可用的BackEnd，然后进入指定的微服务，这就是服务发现。

    备注：这些路由规则可以来自不同的后端存储，如Kubernetes、zookeeper、eureka、consul等，Kubernetes使用的Ingress资源对象定义路由规则集。建议大家自行去官网学习Kubernetes Ingress Backend。

  • BackEnd(后端)
    一组http服务集，kubernetes中对应一个service对象下的一组pod地址。对于后端的服务发现，可配置负载均衡策略、熔断器等特性。

k8s ingress

一个后端service对象的配置例子：

apiVersion: v1kind: Servicemetadata:  annotations:
    traefik.backend.circuitbreaker: NetworkErrorRatio() > 0.5
    traefik.backend.loadbalancer.method: drr  labels:    app: light    component: identity  name: identity-api  namespace: geekbuying-lightspec:  ports:
  - port: 80
  selector:    app: light    component: identity    type: webapi

效果图

控制面板：
k8s ingress
前端优先级、后端熔断器和负载均衡策略：
k8s ingress
监控界面：
k8s ingress

总结

综上所述，首先部署拥抱k8s的反向代理服务器(treafik、nginx等)拦截请求，然后拦截的请求会根据Ingress定义的路由规则集，转发到集群内部对应的Service。

延伸阅读

https://docs.traefik.io/
https://github.com/containous/traefik
https://docs.traefik.io/user-guide/kubernetes/
https://docs.traefik.io/configuration/backends/kubernetes/
https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/
https://kubernetes.io/docs/admin/authorization/rbac/
https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/master/README.md
https://kubernetes.github.io/ingress-nginx/development/
https://www.kubernetes.org.cn/1237.html
https://github.com/kubernetes/ingress-nginx
https://blog.csdn.net/hxpjava1/article/details/79459489
https://blog.csdn.net/hxpjava1/article/details/79375452

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