Service #

官方文档： kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/

1. 概述 #

Service 是一种抽象，定义了一组逻辑上的 Pod 端点以及如何访问它们的策略。

为什么需要 Service：

Pod 是短暂的（IP 会变化）
Service 提供稳定的 IP 和 DNS 名
自动通过 selector 跟踪后端 Pod

云原生服务发现 #

客户端 → Service（稳定 IP）→ kube-proxy → Pod（动态 IP）
                              ↑
                        EndpointSlice（自动跟踪 Pod）

2. 定义 Service #

2.1 基本 Service #

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app.kubernetes.io/name: proxy      # 选择后端 Pod
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80                           # Service 端口
    targetPort: 8080                   # Pod 端口（默认等于 port）

2.2 端口定义 #

字段	说明
`port`	Service 暴露的端口号
`targetPort`	后端 Pod 的端口（默认等于 `port`）
`nodePort`	NodePort 类型的节点端口（可选）
`protocol`	TCP（默认）/ UDP / SCTP
`appProtocol`	应用层协议提示（`http`、`https` 等）

2.3 无 Selector 的 Service #

Service 可以不设 selector，用于对接非 Pod 后端：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
  # 无 selector
---
apiVersion: discovery.k8s.io/v1
kind: EndpointSlice
metadata:
  name: my-service-abc      # 名称须以 Service 名为前缀
  labels:
    kubernetes.io/service-name: my-service
addressType: IPv4
ports:
  - name: http
    port: 9376
endpoints:
  - addresses:
    - 192.0.2.246

典型场景：对接外部数据库、路由到其他 Service。

3. Service 类型 #

类型	说明	端口范围	特点
ClusterIP（默认）	集群内部虚拟 IP	任意	仅集群内可访问
NodePort	在每个节点暴露端口	30000-32767	可从集群外访问，自建 LB
LoadBalancer	云厂商自动创建 LB	任意	外部 LB + NodePort 基础
ExternalName	映射外部 DNS 名	N/A	DNS 级别 CNAME 重定向

3.1 ClusterIP #

默认类型
分配集群内部 IP（10.x.x.x）
.spec.clusterIP 可手动指定，设为 "None" 则为 Headless Service
kube-proxy 在各节点配置 iptables/IPVS/eBPF 规则

3.2 NodePort #

spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
    nodePort: 30007    # 可选，手动指定

端口分配策略：

默认范围	自动分配段	手动分配段
30000-32767	30000-30999	31000-32767

自定义网卡：--nodeport-addresses=127.0.0.0/8 可限制 kube-proxy 监听特定网卡。默认监听所有网卡。

访问方式：<NodeIP>:<nodePort> 或 <ClusterIP>:<port>

3.3 LoadBalancer #

spec:
  type: LoadBalancer
  clusterIP: 10.0.171.239
  loadBalancer:
    class: example.com/lb-implementation   # 指定 LB 实现

构建过程：先创建 NodePort → cloud-controller-manager 配置外部 LB → LB 流量转发到 NodePort。

字段	说明	版本
`spec.loadBalancerIP`	指定 LB IP（已弃用）	v1.24 deprecated
`spec.loadBalancerClass`	指定 LB 实现类	v1.24 stable
`spec.allocateLoadBalancerNodePorts`	禁用 NodePort 分配	v1.24 stable
`status.loadBalancer.ingress.ipMode`	`VIP`（默认）或 `Proxy`	v1.x

ipMode 说明：

ipMode	流量路径
`VIP`	LB → NodeIP:NodePort → Pod（DNAT）
`Proxy`	LB → Pod IP:Port（直接路由）

内部 LB 注解（云厂商特定）：

metadata:
  annotations:
    service.beta.kubernetes.io/alibaba-cloud-loadbalancer-address-type: "intranet"
    service.kubernetes.io/qcloud-loadbalancer-internal-subnetid: subnet-xxxxx

3.4 ExternalName #

spec:
  type: ExternalName
  externalName: my.database.example.com

无 selector，无 ClusterIP
通过 DNS CNAME 重定向到外部域名
重定向在 DNS 层面，不走 proxy
陷阱：HTTP/HTTPS 中 Host header 与 ExternalName 不一致

4. Headless Service #

设置 .spec.clusterIP: "None" 创建无 ClusterIP 的 Service。

特征	说明
无 ClusterIP	不分配虚拟 IP
不走 kube-proxy	无负载均衡、无代理
DNS 返回 Pod IP	客户端直接连接 Pod

DNS 行为 #

有 selector	无 selector
自动创建 EndpointSlice	不创建 EndpointSlice
DNS 返回所有 Pod IP（A/AAAA）	DNS 返回手动配置的端点 IP

典型用途：StatefulSet、自定义服务发现、gRPC 直连 Pod。

5. 服务发现 #

5.1 环境变量 #

kubelet 在创建 Pod 时自动注入环境变量：

# Service "redis-master" 的环境变量
REDIS_MASTER_SERVICE_HOST=10.0.0.11
REDIS_MASTER_SERVICE_PORT=6379
REDIS_MASTER_PORT=tcp://10.0.0.11:6379

注意：必须先创建 Service，后创建 Pod，环境变量才会注入。

5.2 DNS #

Service 类型	DNS 记录	解析结果
普通 Service	A/AAAA	ClusterIP
Headless Service	A/AAAA	所有 Pod IP
ExternalName	CNAME	外部域名

DNS 域名格式：<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local

6. 虚拟 IP 寻址机制 #

kube-proxy 的三种模式：

模式	原理	优点	缺点
iptables（默认）	在每个节点设置 iptables 规则	内核态、零依赖	规则多时性能下降
IPVS	基于内核 IPVS 模块	支持 LC/RR/DH 等算法	需内核模块支持
eBPF	内核可编程字节码	性能最优、无 Sidecar	需较新内核版本

流量路径 #

客户端 Pod → ClusterIP:Port
     ↓
  iptables/IPVS/eBPF 规则（kube-proxy 配置）
     ↓
  DNAT → 后端 Pod IP:targetPort

7. 流量策略 #

7.1 流量策略（Traffic Policy） #

字段	选项	说明
`externalTrafficPolicy`	`Cluster`（默认）	外部流量跨节点负载均衡，源 IP 丢失（SNAT）
	`Local`	仅路由到本节点 Pod，保留源 IP
`internalTrafficPolicy`	`Cluster`（默认）	内部流量可路由到任意节点 Pod
	`Local`	仅路由到本节点 Pod

7.2 流量分布（Traffic Distribution） #

.spec.trafficDistribution 表达拓扑偏好（非强制约束）：

值	说明
`PreferSameZone`	偏好同可用区端点
`PreferSameNode`	偏好同节点端点

7.3 会话亲和性 #

spec:
  sessionAffinity: ClientIP      # 或 None（默认）
  sessionAffinityConfig:
    clientIP:
      timeoutSeconds: 10800      # 默认 3 小时

值	说明
`None`（默认）	无亲和性，随机负载均衡
`ClientIP`	相同客户端 IP 路由到同一 Pod

8. External IPs（已弃用） #

Kubernetes v1.36 [deprecated] — 建议迁移

spec:
  externalIPs:
  - 198.51.100.32
  ports:
  - port: 80

允许 Service 绑定到非 cluster IP 的外部 IP
流量到达节点后被路由到 Service 端点
Kubernetes 不管理 externalIPs 的分配（运维负责）

9. Service 类型选型指南 #

内部服务间通信？
├─ 是 → ClusterIP
│         ├─ 需要直连 Pod？→ Headless Service (clusterIP: None)
│         └─ 需要稳定的虚拟 IP？→ 普通 ClusterIP
└─ 否 → 需要外部访问？
          ├─ 云环境 + 生产？→ LoadBalancer
          ├─ 简单外部访问？→ NodePort
          └─ 对接外部域名？→ ExternalName

10. 关键对比 #

维度	ClusterIP	NodePort	LoadBalancer	ExternalName	Headless
集群内访问	✓	✓	✓	✗（DNS）	✓（DNS）
集群外访问	✗	✓	✓	✗（DNS）	✗
有 ClusterIP	✓	✓	✓	✗	✗
有 selector	✓	✓	✓	✗	可选
kube-proxy	✓	✓	✓	✗	✗
保留源 IP	✗	`Local`	`Local`	N/A	N/A
生产推荐	✓	测试	✓	对接外部	StatefulSet

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