k8s服务发布Ingress

Kubernetes暴露服务的方式目前只有三种：LoadBlancer Service、NodePort Service、Ingress，通俗来讲，ingress和之前提到的Service、Deployment，也是一个k8s的资源类型，ingress用于实现用域名的方式访问k8s内部应用。

Ingress为Kubernetes集群中的服务提供了入口，可以提供负载均衡、SSL终止和基于名称的虚拟主机，在生产环境中常用的Ingress有Treafik、Nginx、HAProxy、Istio等。

一、基本概念

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。

注意：

目前比较流行的IngressController有ingress-nginx（ 由Kubemetes官方维护）、 nginx-ingress（由Nginx官方维护，注意和Ingress-nginx的区别）、Traefik、Istio等。

ingress-nginx(Kubemetes维护)

ingress:接口，编写规则--》yaml

ingress-controller:nginx

客户端(浏览器)---》地址栏(url)---》dns解析---》ip(安装了ingress-nginx的节点ip)-路由规则--》service---》pod

服务发布

重定向

前后端的分离(aaa.com,aaa.com/api)

htttps-->ssl 终结

身份认证

灰度发布(金丝雀发布)

1.Ingress 组成

（ 1 ） 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。

（ 2 ） 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。

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。

2.Ingress工作过程

用户访问一个业务的流程如下：

(1)用户在浏览器中输入域名

(2)域名解析至业务的入口IP（一般为外部负载均衡器，比如阿里的SLB或者DMZ的网关）。

(3)外部负载均衡器反向代理至kubernetes的入口（一般为Ingress，或者通过NodePort暴露的服务等）。

(4)Ingress根据自身的配置找到对应的Service，再代理到对应的Service上。

(5)最后到达Service对应的某一个Pod上。

可见，在一般情况下，Ingress主要是一个用户kubernetes集群业务的入口。是业务能够 正常提供服务的核心，所以在生产环境中，推荐使用单独的服务器作为Ingress Controller。Controller可以使用Traefik、Istio、Nginx、HaProxy等作为Ingress Controller。因为相对于其他Ingress Controller，管理人员更熟悉Nginx或者HaProxy等服务，所以本章主要讲解Ingress Nginx的安装与常用配置，这也是kubernetes官方提供的Ingress Controller。

3.Ingress 工作原理

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

(2)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，

(3)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，

(4)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。

二、安装Ingress Nginx Controller

由于Ingress Controller相当于kubernetes集群中服务的"大门"因此在生产环境中，一定要保障Controller的稳定性和可用性。为了提高Ingress Controller的可用性，我们-般采用单独的服务器作为Controller节点，以此保障Ingress Controller的Pod资源不会被其他服务的Pod影响。

Ingress Nginx官方提供了多种部署方式,本节课将采用Helm的方式进行安装，并且将Ingress Controller安装在k8s-node0l节点。

1.下载并安装helm（已有helm环境可忽略此步骤）

[root@k8s-master ~]# wget https://get.helm.sh/helm-v3.9.4-linux-amd64.tar.gz
[root@k8s-master ~]# tar zxvf helm-v3.9.4-linux-amd64.tar.gz 
[root@k8s-master ~]# mv linux-amd64/helm /usr/local/bin/

2.下载并修改Ingress Controller参数（已有离线包可忽略此步骤）

[root@k8s-master ~]# helm repo \
add ingress-nginx https://kubernetes.github.io/ingress-nginx
"ingress-nginx" has been added to your repositories

[root@k8s-master ~]# helm repo update
Hang tight while we grab the latest from your chart repositories...
...Successfully got an update from the "ingress-nginx" chart repository
Update Complete. ⎈Happy Helming!⎈

[root@k8s-master ~]# helm pull ingress-nginx/ingress-nginx --version 4.7.1
[root@k8s-master ~]# tar xvf ingress-nginx-4.7.1.tgz 
[root@k8s-master ~]# vim ingress-nginx/values.yaml 

（1）将Controller的registry仓库地址修改为国内的

controller:
    name: controller
    image:
        chroot: false
        registry: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com
        image: tanzu/controller
        tag: "v1.6.4"
        #digest: sha256:15be4666c53052484dd2992efacf2f50ea77a78ae8aa21ccd91af6baaa7ea22f
        #digestChroot: sha256:0de01e2c316c3ca7847ca13b32d077af7910d07f21a4a82f81061839764f8f81

（2）修改opentelemetry镜像地址

 opentelemetry:
    enabled: false
    image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/tanzu/opentelemetry:v20230107
    containerSecurityContext:
      allowPrivilegeEscalation: false

（3）将admissionWebhook的镜像地址修改为国内的

 patchWebhookJob:
      securityContext:
        allowPrivilegeEscalation: false
      resources: {}
    patch:
      enabled: true
      image:
        registry: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com
        image: tanzu/kube-webhook-certgen
        tag: v20220916-gd32f8c343
        #digest: sha256:543c40fd093964bc9ab509d3e791f9989963021f1e9e4c9c7b6700b02bfb227b
        pullPolicy: IfNotPresent

（4）修改hostNetwork的值为true

设置为true时,该Pod将与其所在节点共享网络命名空间。

（5）dnsPolicy设置为ClusterFirstWithHostNet

kubernetes可以在pod级别通过 dnspolicy字段设置DNS策略。目前支持的DNS策略如下：

• Default： 继承pod所在宿主机的域名解析设置。
• ClusterFirst： 将优先使用kubernetes环境的dns服务（如coreDNS提供的域名解析服务），将无法解析的域名转发到系统配置的上游DNS服务器。
• ClusterFirstWithHostNet: 适用与以hostNetwork模式运行的pod。
• None： 忽略集群的DNS配置，需要手工通过dnsConfig自定义DNS配置。这个选项在1.9版本中开始引入，到1.10版本时升级为Beta，到1.14版本时达到稳定版本。

（6）nodeSelector添加ingress: " true "

 nodeSelector:
    ingress: true
kubernetes.io/os: linux

此配置能够将ingress安装在带有"ingress: true"标签的节点上。

（7）修改kind类型为DeamonSet

kind: DeamonSet

注意：

如果已经下载好了离线的helm和ingress-nginx，可以直接解压并安装，不必下载。

3.部署ingress

（1）给需要部署Ingress Controller的节点打标签

[root@k8s-master ~]# kubectl label node k8s-node01 ingress=true

（2）创建namespace

[root@k8s-master ~]# kubectl create ns ingress-nginx
namespace/ingress-nginx created

（3）安装ingress-nginx

[root@k8s-master ~]# cd ingress-nginx

安装

[root@k8s-master ~]# helm install ingress-nginx -n ingress-nginx .

注意最后有一个点

卸载（不必要）

helm uninstall ingress-nginx -n ingress-nginx

查看安装信息

[root@master ~]# ku get pod -n ingress-nginx -o wide
NAME                             READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP               NODE    NOMINATED NODE   READINESS GATES
ingress-nginx-controller-rbzvg   1/1     Running   0          61s   192.168.10.102   node1   <none>           <none>

三、Ingress Nginx入门

首先从最简单的配置开始，假如公司有一个web服务的容器，需要为其添加一个域名，此时可以使用Ingerss实现该功能。

1.创建一个用于学习的namespace

[root@k8s-master ~]# kubectl create ns study-ingress

2.创建一个nginx作为web服务

[root@master ~]# ku create deployment nginx --image=nginx:1.7.9 -n study-ingress
deployment.apps/nginx created

3.创建一个该web容器的Service

[root@master ~]# ku expose deployment nginx --port 80 -n study-ingress
service/nginx exposed

4.创建ingress指向上一步中的Service

[root@master ~]# vim web-ingress.yaml 

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
  namespace: study-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: nginx.test.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: nginx
            port:
              number: 80
        path: /
        pathType: ImplementationSpecific

备注：

路径类型

有3种支持的path类型：

• ImplementationSpecific：对于这种path类型，匹配取决于IngressClass。可以将其视为一个单独的pathType或者将其认为和Prefix或者Exact路径类型一样。
• Exact：精确匹配URL路径，并且区分大小写
• Prefix: 根据URL中的，被/分割的前缀进行匹配。匹配区分大小写并且按照元素对路径进行匹配。path元素指的是路径中由/分隔符分隔的标签列表。
• 注意：如果路径的最后一个元素是请求路径中最后一个元素的子字符串，那么这个是不匹配的。【举例：/foo/bar匹配/foo/bar/baz，但是不匹配/foo/barbaz

5.创建该ingress

[root@master ~]# ku create -f web-ingress.yaml 
ingress.networking.k8s.io/nginx-ingress created

注意：

不要删除此ingress，否则，后面的ssl无法访问

6.客户端访问测试

创建的Ingress绑定的域名为nginx.test.com，由于本书的IngressController是以hostNetwork模式部署的，因此将域名解析至IngressController所在的节点即可。如果IngressController上层还有一层网关，解析至网关IP即可。接下来通过域名nginx.test.com即可访问Web服务器。

可以看到通过上述简单的Ingress资源定义就可以实现以域名的方式访问服务，不需要再去维护复杂的Ngmx配置文件，大大降低了运维的复杂度和出错的频率。

接下来通过一些其他配置实现企业内常用的功能，比如重定向、前后端分离、错误友好页面等。

四、Ingress Nginx域名重定向Redirect

当一个服务需要更换域名时，并不能对其直接更改，需要一个过渡的过程。在这个过程中，需要将旧域名的访问跳转到新域名,此时可以使用Redirect功能。待旧域名无访问时，再停止旧域名。

在Nginx作为代理服务器时，Redirect可用于域名的重定向，比如访问old.com被重定向到new.com。Ingress可以更简单地实现Redirect功能。接下来用nginx.redirect.com作为旧域名，baidu.com作为新域名进行演示。

1.编辑Ingress文件

[root@master ~]# vim redirect.yaml 

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/permanent-redirect: https://www.baidu.com
  name: nginx-redirect
  namespace: study-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: nginx.redirect.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: nginx
            port:
              number: 80
        path: /
        pathType: ImplementationSpecific

2. 创建Ingress

[root@master ~]# ku create -f redirect.yaml 
ingress.networking.k8s.io/nginx-redirect created

3.测试

在客户端的hosts文件添加域名nginx.redirect.com，IP地址为k8s-node01节点的IP地址。

使用域名nginx.redirect.com访问网站，打开的是baidu,com，说明跳转成功。

五、Ingress Nginx前后端分离Rewrite

现在大部分应用都是前后端分离的架构，也就是前端用某个域名的根路径进行访问，后端接口采用／api进行访问，用来区分前端和后端。或者同时具有很多个后端，需要使用／api-a到A服务,／api-b到B服务，但是由于A和B服务可能并没有／api-a和／api-b的路径，因此需要将／api-x重写为"／"，才可以正常到A或者B服务，否则将会出现404的报错。此时可以通过Rewrite功能达到这种效果。

1.创建一个应用模拟后端服务

[root@master ~]# ku create deployment backend-api --image=nginx:1.7.9 -n study-ingress
deployment.apps/backend-api created

2. 创建Service暴露应用

[root@master ~]# ku expose deployment backend-api --port 80 -n study-ingress
service/backend-api exposed

3. 查看该Service的地址，并通过/api-a访问测试

[root@master ~]# ku get svc -n study-ingress
NAME          TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
backend-api   ClusterIP   10.108.200.70   <none>        80/TCP    3s
nginx         ClusterIP   10.108.137.55   <none>        80/TCP    64m

​​​​​​http://nginx.test.com/api-a

4. 编辑ingress，实现rewrite

[root@master ~]# vim rewirte.yaml 

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /$2
  name: backend-api
  namespace: study-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: nginx.test.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: backend-api
            port:
              number: 80
        path: /api-a(/|$)(.*)
        pathType: ImplementationSpecific

5. 创建该ingress

[root@master ~]# ku create -f rewirte.yaml 
ingress.networking.k8s.io/backend-api created

6.访问测试

http://nginx.test.com/api-a

六、 Ingress Nginx SSL配置

生产环境对外的服务一般需要配置HTTPS协议，使用Ingress也可以非常方便地添加HTTPS的证书°。

由于是学习环境，并没有权威证书，因此需要使用OpenSSL生成一个测试证书（如果是生产环境，那么证书为在第三方公司购买的证书，无须自行生成）。

1.生成证书

[root@master ~]# openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout tls.key -out tls.crt -subj "/CN=nginx.test.com"
Generating a 2048 bit RSA private key
........................................................................................+++
......................................+++
writing new private key to 'tls.key'
-----

2. 创建证书的secret

[root@master ~]# ku create secret tls ca-secret --cert=tls.crt --key=tls.key -n study-ingress
secret/ca-secret created

3. 编辑ingress

[root@k8s-master ~]# vim ingress-ssl.yaml

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: nginx-ingress-ssl
spec:
  ingressClassName: nginx-ssl
  rules:
  - host: nginx.test.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: nginx
            port:
              number: 80
        path: /
        pathType: ImplementationSpecific
  tls:
  - hosts:		##证书授权的域名列表
    - nginx.test.com
    secretName: ca-secret		##证书的secret名字

4. 创建此ingress

[root@master ~]# ku create -f ingress-ssl.yaml 
ingress.networking.k8s.io/nginx-ingress-ssl created

5. 访问测试

https://nginx.test.com

七、Ingress Nginx基本认证

有些网站可能需要通过密码来访问,对于这类网站可以使用nginx的basic-auth设置密码访问,具体方法如下，由于需要使用htpasswd工具，因此需要安装httpd。

1.安装httpd

[root@master ~]# yum -y install httpd

2. 使用htpasswd创建用户

[root@master ~]# htpasswd -c auth zhangsan
New password: 
Re-type new password: 
Adding password for user zhangsan

3. 基于之前创建的密码文件创建secret

[root@master ~]# ku create secret generic basic-auth --from-file=auth -n study-ingress
secret/basic-auth created

4.编辑ingress，包含密码认证

[root@master ~]# vim ingress-with-auth.yaml 

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-realm: Please Input Your Username and Password
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: basic-auth
    nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic
  name: ingress-with-auth
  namespace: study-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
  - host: auth.test.com
    http:
      paths:
      - backend:
          service:
            name: nginx
            port:
              number: 80
        path: /
        pathType: ImplementationSpecific

备注：

nginx.ingress.kubernetes.io/auth-secret: auth 密码文件的secret名称

nginx.ingress.kubernetes.io/auth-type: basic 认证类型

host: auth.test.com 客户端要访问的域名，注意不要使用前面的域名，或者把前面的ingress都删掉

5.部署此ingress

[root@master ~]# ku create -f ingress-with-auth.yaml 
ingress.networking.k8s.io/ingress-with-auth created

6.访问测试

在客户端添加域名auth.test.com的解析