K8S对外服务之Ingress

作者：龙Llong

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2023-3-13

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本文主要介绍了Ingress 简介、Ingress 工作原理、部署 nginx-ingress-controller及Nginx 进行重写等。希望对你的学习有帮助。
本文来自于MENU，由Linda编辑、推荐。

一、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（端点）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，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。

1、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/

2、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。

二、Ingress 工作原理

ingress-controller通过和 kubernetes APIServer 交互，动态的去感知集群中ingress规则变化，

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，

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，

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。

三、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.co
m/kubernetes
/ingress-nginx/nginx-0.25
.0/deploy/static/mandatory.yaml

上面可能无法下载，可用国内的 gitee
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw/
nginx-0.25.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mirrors/ingress-nginx/raw
/nginx-0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml

#mandatory.yaml文件中包
含了很多资源的创建，包括namespace、
ConfigMap、role，ServiceAccount等等
所有部署ingress-controller需要的资源。

2、修改 ClusterRole 资源配置

vim mandatory.yaml
......
apiVersion: rbac.authorization.
k8s.io/v1beta1
#RBAC
相关资源从1.17版本开始改用rbac
.authorization.k8s.io/v1，rbac.
authorization.k8s.io/v1b
eta1在1.22版本即将弃用
kind: ClusterRole

metadata:
  name: nginx-ingress-clusterrole
  labels:
    app.kubernetes.io/name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/part-o
f: ingress-nginx
rules:
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - configmaps
      - endpoints
      - nodes
      - pods
      - secrets
    verbs:
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - nodes
    verbs:
      - get
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - services
    verbs:
      - get
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - "extensions"
      - "networking.k8s.io"   
 # （0.25版本）增加 
networking.k8s.io Ingress 资源的 api 
    resources:
      - ingresses
    verbs:
      - get
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - events
    verbs:
      - create
      - patch
  - apiGroups:
      - "extensions"
      - "networking.k8s.io"   
# （0.25版本）增加
 networking.k8s.io/v1 Ingress 资源的 api 
    resources:
      - ingresses/status
    verbs:
      - update

ingress 暴露服务的方式

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

方式二：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。

方式三：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。

3、指定 nginx-ingress-controller 运行在 node02 节点

采用方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector

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 mandatory.yaml

...
apiVersion: apps/v1
# 修改 kind
# kind: Deployment
kind: DaemonSet
metadata:
  name: nginx-ingress-controller
  namespace: ingress-nginx
  labels:
    app.kubernetes.io/
name: ingress-nginx
    app.kubernetes.io/
part-of: ingress-nginx
spec:
# 删除Replicas
# replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io
/name: ingress-nginx
      app.kubernetes.io
/part-of: ingress-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.
io/name: ingress-nginx
        app.kubernetes.
io/part-of: ingress-nginx
      annotations:
        prometheus.io/port: "10254"
        prometheus.io/scrape: "true"
    spec:
      # 使用主机网络
      hostNetwork: true
      # 选择节点运行
      nodeSelector:
        ingress: "true"
      serviceAccountName:
 nginx-ingress-serviceaccount
......

5、在所有 node 节点上传 nginx-ingress-controller 镜像压缩包 ingree.contro.tar.gz 到/opt/ingress 目录，并解压和加载镜像

cd /opt/ingress
tar zxvf ingree.contro.tar.gz
docker load -i ingree.contro.tar

6、启动 nginx-ingress-controller

kubectl apply -f mandatory.yaml

#nginx-ingress-controller 
已经运行 node02 节点
kubectl get pod -n ingress
-nginx -o wide

kubectl get cm,daemonset -n 
ingress-nginx -o wide

到 node02 节点查看

netstat -lntp | grep nginx

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。

7、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: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy:
 IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-app-svc
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx

创建 ingress

用的是方法二

#方法一：（extensions/v
1beta1 Ingress 在1.22版本即将弃用）
vim ingress-app.yaml
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  rules:
  - host: www.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: nginx-app-svc
          servicePort: 80

#方法二：
vim ingress-app.yaml	  
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-app-ingress
spec:
  rules:
  - host: www.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-app-svc
            port:
              number: 80

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

8、测试访问

本地 host 添加域名解析

vim /etc/hosts

curl www.mcl.com

9、查看 nginx-ingress-controller

kubectl get pod -n ingress-nginx -o wide

kubectl exec -it nginx-ingress-
controller-p7tdq -n ingress-nginx /bin/bash

可以看到从 start server www.mcl.com 到 end server www.mcl.com 之间包含了此域名用于反向代理的配置

四、采用方式三：Deployment+NodePort模式的Service

1、下载 nginx-ingress-controller 和 ingress-nginx 暴露端口配置文件

mkdir /opt/ingress-nodeport
cd /opt/ingress-nodeport

官方下载地址：
wget https://raw.githubus
rcontent.com/kubernetes
/ingress-nginx/nginx-
0.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://raw.githubus
ercontent.com/kubernetes
/ingress-nginx/nginx-0.30
.0/deploy/static/provider
/baremetal/service-nodeport.yaml

国内 gitee 资源地址：
wget https://gitee.com/mi
rrors/ingress-nginx/raw/nginx-0
.30.0/deploy/static/mandatory.yaml
wget https://gitee.com/mi
rrors/ingress-nginx/raw/nginx-0
.30.0/deploy/static/provider
/baremetal/service-nodeport.yaml

2、在所有 node 节点上传镜像包 ingress-controller-0.30.0.tar 到 /opt/ingress-nodeport 目录，并加载镜像

tar zxvf ingree.contro-0.30.0.tar.gz
docker load -i ingress-controller-0.30.0.tar

3、启动 nginx-ingress-controller

kubectl apply -f mandatory.yaml
kubectl apply -f service-nodeport.yaml

如果K8S Pod 调度失败，在 kubectl describe pod资源时显示：

Warning FailedScheduling 18s (x2 over 18s) default-scheduler 0/2 nodes are available: 2 node(s) didn't match node selector

解决方案：

给需要调度的node加上对应标签

相对上面这个Yaml文件的例子

kubectl label nodes node_name kubernetes.io/os=linux

删除Yaml文件中的nodeSelector，如果对节点没有要求的话，直接删除节点选择器即可

4、Ingress HTTP 代理访问

创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源

vim ingress-nginx.yaml 

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-myapp
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy:
 IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-test
spec:
  rules:
  - host: www.long.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service: 
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80

kubectl get pods,svc -o wide

kubectl exec -it pod/ngi
nx-myapp-57dd86f5cc-l48l2 bash

kubectl exec -it pod/nginx
-myapp-57dd86f5cc-lpnfz bash

5、测试访问

curl 10.244.1.18

kubectl get svc -n ingress-nginx

vim /etc/hosts

192.168.160.20 master
192.168.160.40 node01
192.168.160.90 node02
192.168.160.70 hub.mcl.com
192.168.160.90 www.mcl.com
#添加域名解析
192.168.160.40 
www.mcl.com www.long.com

#外部访问
curl http://www.long.com:31751

6、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: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx1
    spec:
      containers:
        - name: nginx1
          image: soscscs/myapp:v1
          imagePullPolicy:
 IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-1
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    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: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx2
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx2
    spec:
      containers:
        - name: nginx2
          image: soscscs/myapp:v2
          imagePullPolicy:
 IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-2
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    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:
  rules:
    - host: www1.mcl.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service: 
              name: svc-1
              port:
                number: 80
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress2
spec:
  rules:
    - host: www2.mcl.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service: 
              name: svc-2
              port:
                number: 80


kubectl apply -f ingress-nginx.yaml

7、测试访问

kubectl get svc -n ingress-nginx

#做主机映射
vim /etc/hosts

curl www1.mcl.com:31751

curl www2.mcl.com:31751

8、Ingress HTTPS 代理访问

mkdir /opt/ingress-nodeport/https
cd /opt/ingress-nodeport/https

8.1 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"

8.2 创建 secret 资源进行存储

kubectl create secret tls 
tls-secret --key tls.key --cert tls.crt
kubectl get secret
kubectl describe secret tls-secret

8.3 创建 deployment、Service、Ingress Yaml 资源

vim ingress-https.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      name: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        name: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx
          imagePullPolicy: 
IfNotPresent
          ports:
            - containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-svc
spec:
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      protocol: TCP
  selector:
    name: nginx
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-https
spec:
  tls:
    - hosts:
      - www3.long.com
      secretName: tls-secret
  rules:
    - host: www3.kgc.com
      http:
        paths:
        - path: /
          pathType: Prefix
          backend:
            service: 
              name: nginx-svc
              port:
                number: 80
                
kubectl apply -f ingress-https.yaml

9、Nginx 进行 BasicAuth

mkdir /opt/ingress-nodeport/basic-auth
cd　/opt/ingress-nodeport/basic-auth

9.1 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 mcl			
#认证文件名必须为 auth
kubectl create secret 
generic basic-auth --from-file=auth
kubectl get secrets
kubectl describe secrets basic-auth

9.2 创建 ingress 资源

vim ingress-auth.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-auth
  annotations:
    #设置认证类型basic
    nginx.ingress.kuber
netes.io/auth-type: basic
	
#设置secret资源名称basic-auth
    nginx.ingress.
kubernetes.io/auth-
secret: basic-auth
	
#设置认证窗口提示信息
    nginx.ingress.kubernetes.i
o/auth-realm: 'Authenti
cation Required - mcl'
spec:
  rules:
  - host: auth.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service: 
            name: nginx-svc
            port:
              number: 80

9.3 访问测试

kubectl apply -f ingress-auth.yaml
kubectl get svc -n ingress-nginx
echo '192.168.160.40 
auth.mcl.com' >> /etc/hosts

浏览器访问：http://auth.mcl.com:31751

10、Nginx 进行重写

metadata.annotations 配置说明

nginx.ingress.kubernetes.io/r
ewrite-target: <字符串> #
必须重定向流量的目标URI
nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redi
rect: <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-s
sl-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-rewrite
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io
/rewrite-target: http://www1.mcl.com:31751
spec:
  rules:
  - host: re.mcl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
		  #由于re.kgc.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-svc
            port:
              number: 80

访问测试

kubectl apply -f ingress-rewrite.yaml
echo '192.168.160.40
 re.mcl.com' >> /etc/hosts

浏览器访问：http://re.mcl.com:31751

五、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

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