kubernetes(k8s)-Service

Service 是 K8s 中一个至关重要、不可或缺的核心概念。

Service 是 Kubernetes 中用于定义一组 Pod 的访问策略的抽象层。它充当了这组 Pod 的稳定入口点，为它们提供可靠的网络标识和负载均衡。

核心问题：为什么需要 Service？

Pod 是短暂的：Pod 可能会因为节点故障、滚动更新、扩缩容等原因被销毁和重建。每次重建都会获得一个新的 IP 地址（动态 IP）。

Pod 是动态的：你通过 Deployment 等控制器运行了 3 个 Pod，前端应用如何知道这 3 个 Pod 的 IP 地址？即使知道了，当 Pod 数量发生变化时，前端如何感知？

负载均衡需求：流量需要被均匀地分发到后端多个健康的 Pod 实例上。

Service 就是为了解决这些问题而生的，它的主要作用如下：

一、主要作用

1、服务发现

• Service 通过 Label Selector 动态地识别属于它的 Pod。
• 它为这组 Pod 提供一个唯一的、稳定的 虚拟 IP（VIP） 和 DNS 名称。其他应用只需要访问这个固定的 VIP 或 DNS 名，而无需关心后端具体有哪些 Pod 以及它们的 IP 是什么。

2、负载均衡

• 当有请求到达 Service 的虚拟 IP 时，Service 会自动将流量均匀地分发到后端所有健康的 Pod 上。

3、解耦

• 实现了前端应用（客户端）与后端 Pod（服务端）的解耦。前端不需要知道后端的任何变化，它只认准 Service 这个稳定的入口。

二、Service 的类型

Kubernetes 提供了四种主要的 Service 类型，用于不同的暴露场景：

1、ClusterIP（默认）

• 作用：为 Service 分配一个集群内部的虚拟 IP。这个 IP 只能在集群内部访问。
• 场景：用于微服务间的内部通信。例如，前端 Pod 需要访问后端 API Service。

2、NodePort

• 作用：在 ClusterIP 的基础上，在每个 Node 的 IP 上暴露一个静态端口（NodePort，范围 30000-32767）。这样，集群外部的客户端可以通过 <NodeIP>:<NodePort> 来访问 Service。
• 场景：用于开发、测试环境，或者需要直接从集群外部访问的简单应用。

3、LoadBalancer

• 作用：在 NodePort 的基础上，利用云服务商（如 AWS、GCP、Azure）提供的外部负载均衡器。云商会自动分配一个外部 IP，并将流量转发到 Service。
• 场景：在公有云上运行生产环境服务，需要对外提供服务的标准方式。

4、ExternalName

• 作用：将 Service 映射到一个外部域名（例如 my.database.example.com）。它通过返回一个 CNAME 记录来实现。
• 场景：让你在集群内部能够像访问内部服务一样访问集群外部的服务。

三、核心机制详解

1、Label Selector（标签选择器）

这是 Service 与 Pod 关联的纽带。Service 通过 selector 字段中定义的标签来查找目标 Pod。

selector:app: my-apptier: backend

这个选择器会找到所有拥有 app=my-app 和 tier=backend 标签的 Pod。

2、Endpoints（端点）

当你创建一个 Service 时，Kubernetes 会自动创建一个与 Service 同名的 Endpoints 对象。这个对象是一个动态的列表，里面记录了所有匹配 Service Selector 的健康 Pod 的 IP 地址和端口。

你可以通过以下命令查看：

kubectl get endpoints <service-name>

Service 的流量正是被转发到 Endpoints 列表中列出的 Pod IP。

3、kube-proxy 与流量转发

每个 Node 上都运行着一个 kube-proxy 组件，它负责实现 Service 的虚拟 IP 机制。当创建 Service 时，kube-proxy 会通过 API Server 监听到变化，并在本机配置相应的转发规则（如 iptables/IPVS 规则），将目标为 Service VIP 的流量透明地转发到后端真实的 Pod IP。

四、案例演示

让我们通过几个具体的 YAML 示例来理解不同类型的 Service。

场景准备：先部署后端 Pod

我们首先创建一个 Deployment，它管理着 3 个 Nginx Pod。

deployment.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: my-nginx
spec:selector:matchLabels:app: nginxreplicas: 3template:metadata:labels:app: nginx # 这个标签会被 Service 的 selector 使用spec:containers:- name: nginximage: nginx:alpineports:- containerPort: 80

应用它：kubectl apply -f deployment.yaml

案例 1：ClusterIP Service（内部访问）

service-clusterip.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-nginx-service-clusterip
spec:type: ClusterIP # 此项可省略，因为它是默认值selector:app: nginx # 选择器：匹配所有带有 `app: nginx` 标签的 Podports:- protocol: TCPport: 80      # Service 自己监听的端口targetPort: 80 # 后端 Pod 的端口

应用它：kubectl apply -f service-clusterip.yaml

验证与访问：

1、查看 Service：

kubectl get svc my-nginx-service-clusterip
# 输出类似：
# NAME                          TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
# my-nginx-service-clusterip   ClusterIP   10.96.123.456   <none>        80/TCP    30s

这里 10.96.123.456 就是稳定的集群内虚拟 IP。

2、查看 Endpoints：

kubectl get endpoints my-nginx-service-clusterip
# 输出会显示 3 个 Pod 的 IP 地址。

3、在集群内部访问：
我们可以在集群内临时启动一个 Pod 来测试访问：

kubectl run test-pod --image=busybox --rm -it --restart=Never -- sh
# 在 Kubernetes 中启动一个临时 Pod（使用 busybox 镜像），进入交互式 Shell 进行调试，退出后自动删除 Pod。

在 test-pod 的 shell 中，执行：

wget -q -O - http://10.96.123.456:80
# 或者使用 DNS 名称！在同一个命名空间内，可以直接用 Service 名：
wget -q -O - http://my-nginx-service-clusterip:80
# 如果不在同一个命名空间，需要使用全限定域名：
# wget -q -O - http://my-nginx-service-clusterip.<namespace>.svc.cluster.local:80

你应该能看到 Nginx 的欢迎页面。多次执行，请求会被负载均衡到不同的 Pod 上。

案例 2：NodePort Service（外部通过节点IP访问）

service-nodeport.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-nginx-service-nodeport
spec:type: NodePortselector:app: nginxports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 80# nodePort: 30007  # 可以手动指定端口，如果不指定，K8s 会在 30000-32767 间自动分配

应用它：

kubectl apply -f service-nodeport.yaml

验证与访问：

1、查看 Service：

kubectl get svc my-nginx-service-nodeport
# 输出类似：
# NAME                         TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
# my-nginx-service-nodeport   NodePort    10.96.234.123   <none>        80:30568/TCP   20s

这里 30568 就是自动分配的 NodePort。

2、从集群外部访问：

打开你的浏览器，访问 <任何一个Node的IP地址>:30568。
例如，如果你的 Minikube IP 是 192.168.49.2，那么就访问 http://192.168.49.2:30568。
同样，你应该能看到 Nginx 页面，并且流量被负载均衡。

案例 3：LoadBalancer Service（云环境外部访问）

service-loadbalancer.yaml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: my-nginx-service-loadbalancer
spec:type: LoadBalancerselector:app: nginxports:- protocol: TCPport: 80targetPort: 80

在支持云负载均衡器的环境中（如 GKE、EKS、AKS），应用这个 YAML 后：

1、查看 Service：

kubectl get svc my-nginx-service-loadbalancer
# 输出类似（以 AWS 为例）：
# NAME                              TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP                                                              PORT(S)        AGE
# my-nginx-service-loadbalancer    LoadBalancer   10.96.123.456   a1b2c3d4e5f6g7h8.us-west-2.elb.amazonaws.com   80:32345/TCP   2m

EXTERNAL-IP 字段会变成一个由云厂商提供的外部域名或 IP。

2、从集群外部访问：

直接在浏览器中访问 http://a1b2c3d4e5f6g7h8.us-west-2.elb.amazonaws.com 即可。

总结

特性	ClusterIP	NodePort	LoadBalancer
访问范围	集群内部	集群外部（通过 NodeIP）	互联网（通过云LB）
IP类型	集群内虚拟 IP	集群内虚拟 IP + 节点 IP	集群内虚拟 IP + 节点 IP + 云外部 IP
适用场景	微服务内部通信	开发、测试、简单外部访问	云上生产环境
依赖	kube-proxy	kube-proxy, 节点网络	kube-proxy, 节点网络, 云提供商

Service 是 Kubernetes 服务发现的基石。它通过一个稳定的抽象层，屏蔽了后端 Pod 的动态性和复杂性，为构建可靠、可扩展的分布式应用提供了关键支撑。在实际生产中，通常将 Ingress（7层路由） 与 Service（4层负载均衡） 结合使用，由 Ingress 接收外部 HTTP/HTTPS 流量，再根据规则转发给后端的不同 Service。