Informazioni sui servizi Kubernetes

Questa pagina descrive i servizi Kubernetes e il loro utilizzo in Google Kubernetes Engine (GKE). Esistono diversi tipi di servizi che puoi utilizzare per raggruppare un insieme di endpoint di pod in un'unica risorsa. Per scoprire come creare un servizio, consulta Esporre le applicazioni utilizzando i servizi.

Che cos'è un servizio Kubernetes?

L'idea di un servizio è raggruppare un insieme di endpoint di pod in un'unica risorsa. Puoi configurare vari modi per accedere al raggruppamento. Per impostazione predefinita, ottieni un indirizzo IP cluster stabile che i client all'interno del cluster possono utilizzare per contattare i pod nel servizio. Un client invia una richiesta all'indirizzo IP stabile e la richiesta viene inoltrata a uno dei pod del servizio.

Un servizio identifica i pod membri con un selettore. Affinché un pod sia un membro del servizio, deve avere tutte le etichette specificate nel selettore. Un'etichetta è una coppia chiave/valore arbitraria collegata a un oggetto.

Il seguente manifest del servizio ha un selettore che specifica due etichette. Il campo selector indica che qualsiasi pod con l'etichetta app: metrics e l'etichetta department:engineering è membro di questo servizio.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: metrics
    department: engineering
  ports:
  ...

Perché utilizzare un servizio Kubernetes?

In un cluster Kubernetes, ogni pod ha un indirizzo IP interno. Tuttavia, i pod in un deployment vanno e vengono e i relativi indirizzi IP cambiano. Pertanto, non conviene utilizzare direttamente gli indirizzi IP dei pod. Con un servizio, ottieni un indirizzo IP stabile che rimane invariato per tutta la durata del servizio, anche se gli indirizzi IP dei pod membri cambiano.

Un servizio fornisce anche il bilanciamento del carico. I client chiamano un singolo indirizzo IP stabile e le loro richieste vengono bilanciate tra i pod che fanno parte del servizio.

Tipi di servizi Kubernetes

Esistono cinque tipi di servizi:

  • ClusterIP (predefinito): i client interni inviano richieste a un indirizzo IP interno stabile.

  • NodePort: i client inviano richieste all'indirizzo IP di un nodo su uno o più valori nodePort specificati dal servizio.

  • LoadBalancer: i client inviano richieste all'indirizzo IP di un bilanciatore del carico di rete.

  • ExternalName:i client interni utilizzano il nome DNS di un servizio come alias per un nome DNS esterno.

  • Senza testa: puoi utilizzare un servizio senza testa quando vuoi un raggruppamento di pod, ma non hai bisogno di un indirizzo IP stabile.

Il tipo NodePort è un'estensione del tipo ClusterIP. Pertanto, un servizio di tipo NodePort ha un indirizzo IP del cluster.

Il tipo LoadBalancer è un'estensione del tipo NodePort. Pertanto, un servizio di tipo LoadBalancer ha un indirizzo IP cluster e uno o più valori nodePort.

Servizi di tipo ClusterIP

Quando crei un servizio di tipo ClusterIP, Kubernetes crea un indirizzo IP stabile accessibile dai nodi del cluster.

Ecco un manifest per un servizio di tipo ClusterIP:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-cip-service
spec:
  selector:
    app: metrics
    department: sales
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

Puoi creare il servizio utilizzando kubectl apply -f [MANIFEST_FILE]. Dopo aver creato il servizio, puoi utilizzare kubectl get service per visualizzare l'indirizzo IP stabile:

NAME             TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)
my-cip-service   ClusterIP   10.11.247.213   none          80/TCP

I client nel cluster chiamano il servizio utilizzando l'indirizzo IP del cluster e la porta TCP specificata nel campo port del manifest del servizio. La richiesta viene inoltrata a uno dei pod membro sulla porta TCP specificata nel campo targetPort. Nell'esempio precedente, un client chiama il servizio all'indirizzo 10.11.247.213 sulla porta TCP 80. La richiesta viene inoltrata a uno dei pod membri sulla porta TCP 8080. Il pod membro deve avere un container in ascolto sulla porta TCP 8080. Se non è presente alcun contenitore in ascolto sulla porta 8080, i client visualizzeranno un messaggio come "Impossibile connettersi" o "Impossibile raggiungere questo sito".

Servizio di tipo NodePort

Quando crei un servizio di tipo NodePort, Kubernetes ti fornisce un valore nodePort. Il servizio è quindi accessibile utilizzando l'indirizzo IP di qualsiasi nodo insieme al valore nodePort.

Ecco un manifest per un servizio di tipo NodePort:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-np-service
spec:
  selector:
    app: products
    department: sales
  type: NodePort
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

Dopo aver creato il servizio, puoi utilizzare kubectl get service -o yaml per visualizzarne la specifica e il valore nodePort.

spec:
  clusterIP: 10.11.254.114
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
  - nodePort: 32675
    port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 8080

I client esterni chiamano il servizio utilizzando l'indirizzo IP esterno di un nodo insieme alla porta TCP specificata da nodePort. La richiesta viene inoltrata a uno dei pod membri sulla porta TCP specificata dal campo targetPort.

Ad esempio, supponiamo che l'indirizzo IP esterno di uno dei nodi del cluster sia203.0.113.2. Nell'esempio precedente, il client esterno chiama il servizio all'indirizzo 203.0.113.2 sulla porta TCP 32675. La richiesta viene inoltrata a uno dei pod membri sulla porta TCP 8080. Il pod membro deve avere un container in ascolto sulla porta TCP 8080.

Il tipo di servizio NodePort è un'estensione del tipo di servizio ClusterIP. Pertanto, i clienti interni hanno due modi per chiamare il servizio:

  • Utilizza clusterIP e port.
  • Utilizza l'indirizzo IP di un nodo e nodePort.

Per alcune configurazioni del cluster, il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno utilizza un servizio di tipo NodePort.

Un bilanciatore del carico delle applicazioni esterno è un server proxy ed è fondamentalmente diverso dal bilanciatore del carico di rete passthrough esterno descritto in questo argomento nella sezione Servizio di tipo LoadBalancer.

Servizi di tipo LoadBalancer

Per scoprire di più sui servizi di tipo LoadBalancer, consulta Concetti relativi ai servizi LoadBalancer.

Servizio di tipo ExternalName

Un servizio di tipo ExternalName fornisce un alias interno per un nome DNS esterno. I client interni inviano richieste utilizzando il nome DNS interno e le richieste vengono reindirizzate al nome esterno.

Ecco un manifest per un servizio di tipo ExternalName:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-xn-service
spec:
  type: ExternalName
  externalName: example.com

Quando crei un servizio, Kubernetes crea un nome DNS che i client interni possono utilizzare per chiamare il servizio. Per l'esempio precedente, il nome DNS è my-xn-service.default.svc.cluster.local. Quando un client interno invia una richiesta a my-xn-service.default.svc.cluster.local, la richiesta viene reindirizzata a example.com.

Il tipo di servizio ExternalName è fondamentalmente diverso dagli altri tipi di servizio. Infatti, un servizio di tipo ExternalName non corrisponde alla definizione di servizio fornita all'inizio di questo argomento. Un servizio di tipo ExternalName non è associato a un insieme di pod e non ha un indirizzo IP stabile. Un servizio di tipo ExternalName è invece una mappatura da un nome DNS interno a un nome DNS esterno.

Servizio headless

Un servizio headless è un tipo di servizio Kubernetes che non alloca un indirizzo IP del cluster. Un servizio headless, invece, utilizza il DNS per esporre gli indirizzi IP dei pod associati al servizio. In questo modo puoi connetterti direttamente ai pod, anziché tramite un proxy.

I servizi headless sono utili per una serie di scenari, tra cui:

  • Bilanciamento del carico tra i pod: puoi utilizzare i servizi headless per il bilanciamento del carico tra i pod. Per implementare questa funzionalità, crea un servizio con un selettore che corrisponda ai pod di cui vuoi eseguire il bilanciamento del carico. Il servizio distribuirà quindi il traffico in modo uniforme tra tutti i pod corrispondenti al selettore.

  • Rilevamento dei servizi: puoi utilizzare un servizio headless per implementare il rilevamento dei servizi. Per implementare questa funzionalità, crea un servizio con un nome e un selettore. Il record DNS per il servizio headless contiene tutti gli IP dei pod dietro il servizio che corrispondono al selettore. I client possono utilizzare questi record DNS per trovare gli indirizzi IP dei pod associati al servizio.

  • Accesso diretto ai pod: i client possono connettersi direttamente ai pod associati a un servizio headless, il che può essere utile per i servizi che richiedono l'accesso diretto ai pod sottostanti, come i bilanciatori di carico e i server DNS.

  • Flessibilità: i servizi headless possono essere utilizzati per creare una serie di topologie diverse, come bilanciatori di carico, server DNS e database distribuiti.

Se hai requisiti di rete speciali per i tuoi carichi di lavoro che non possono essere risolti utilizzando i servizi headless con i selettori, puoi anche utilizzare i servizi headless senza selettori. I servizi headless sono uno strumento utile per accedere ai servizi che non si trovano all'interno del cluster Kubernetes stesso, poiché il control plane non crea oggetti EndpointSlice. Puoi scoprire di più in Servizio senza selettori

L'esempio seguente è un manifest per un servizio headless:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
spec:
  clusterIP: None
  selector:
    app: nginx
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

Dopo aver creato un servizio senza interfaccia, puoi trovare gli indirizzi IP dei pod associati al servizio eseguendo una query sul DNS. Ad esempio, il seguente comando elenca gli indirizzi IP dei pod associati al servizio nginx:

dig +short nginx.default.svc.cluster.local

Un altro esempio che utilizza l'espansione delle query Kubernetes:

dig +short +search nginx

Puoi creare un servizio headless con un unico comando e i servizi headless sono facili da aggiornare e scalare.

kubectl create service clusterip my-svc --clusterip="None" --dry-run=client -o yaml > [file.yaml]

Astrazione del servizio

Un servizio è un'astrazione nel senso che non è un processo in ascolto su alcune interfacce di rete. Parte dell'astrazione è implementata nelle regole iptables dei nodi del cluster. A seconda del tipo di servizio, altre parti dell'astrazione vengono implementate da un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno o da un bilanciatore del carico delle applicazioni esterno.

Porte di servizio arbitrarie

Il valore del campo port in un manifest del servizio è arbitrario. Tuttavia, il valore di targetPort non è arbitrario. Ogni pod membro deve avere un container in ascolto su targetPort.

Ecco un servizio di tipo LoadBalancer con un valore port pari a 50000:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-ap-service
spec:
  clusterIP: 10.11.241.93
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
  - nodePort: 30641
    port: 50000
    protocol: TCP
    targetPort: 8080
  selector:
    app: parts
    department: engineering
  sessionAffinity: None
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 203.0.113.200

Un client chiama il servizio all'indirizzo 203.0.113.200 sulla porta TCP 50000. La richiesta viene inoltrata a uno dei pod membri sulla porta TCP 8080.

Più porte

Il campo ports di un servizio è un array di oggetti ServicePort. L'oggetto ServicePort contiene i seguenti campi:

  • name
  • protocol
  • port
  • targetPort
  • nodePort

Se hai più di un ServicePort, ogni ServicePort deve avere un nome univoco.

Ecco un servizio di tipo LoadBalancer con due oggetti ServicePort:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-tp-service
spec:
  clusterIP: 10.11.242.196
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
  - name: my-first-service-port
    nodePort: 31233
    port: 60000
    protocol: TCP
    targetPort: 50000
  - name: my-second-service-port
    nodePort: 31081
    port: 60001
    protocol: TCP
    targetPort: 8080
  selector:
    app: tests
    department: engineering
  sessionAffinity: None
  type: LoadBalancer
status:
  loadBalancer:
    ingress:
    - ip: 203.0.113.201

Nell'esempio precedente, se un client chiama il servizio all'indirizzo 203.0.113.201 sulla porta TCP 60000, la richiesta viene inoltrata a un pod membro sulla porta TCP 50000. Tuttavia, se un client chiama il servizio all'indirizzo 203.0.113.201 sulla porta TCP 60001, la richiesta viene inoltrata a un pod membro sulla porta TCP 8080.

Ogni pod membro deve avere un container in ascolto sulla porta TCP 50000 e un altro in ascolto sulla porta TCP 8080. Potrebbe trattarsi di un singolo contenitore con due thread o di due container in esecuzione nello stesso pod.

Endpoint di servizio

Quando crei un servizio, Kubernetes crea un oggetto Endpoints con lo stesso nome del servizio. Kubernetes utilizza l'oggetto Endpoints per tenere traccia dei pod che fanno parte del servizio.

Servizi single-stack e dual-stack

Puoi creare un servizio IPv6 di tipo ClusterIP o NodePort. GKE supporta i servizi dual-stack di tipo LoadBalancer durante la preview, che non prevede SLA o assistenza tecnica.

Per ciascuno di questi tipi di servizio, puoi definire i campi ipFamilies e ipFamilyPolicy come IPv4, IPv6 o come servizio dual-stack.

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