Kubernetes服务发现与负载均衡深度解析

一、Service：服务抽象的基石

Service是Kubernetes中实现服务发现的核心抽象，它为Pod集合提供稳定的访问端点。

1.1 Service核心类型

ClusterIP（默认类型）

特点：集群内部虚拟IP，自动分配
典型场景：微服务间内部通信

示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: backend-service
spec:
selector:
  app: backend
ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080

NodePort

特点：在ClusterIP基础上，在每个节点开放静态端口（30000-32767）
典型场景：开发测试环境外部访问

示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: frontend-service
spec:
type: NodePort
selector:
  app: frontend
ports:
  - port: 80
    targetPort: 80
    nodePort: 30080

LoadBalancer

特点：云厂商集成，自动创建外部负载均衡器
典型场景：生产环境公网暴露服务

示例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: api-gateway
spec:
type: LoadBalancer
selector:
  app: gateway
ports:
  - port: 443
    targetPort: 8443

实践建议：

生产环境优先使用LoadBalancer+Ingress组合
避免直接使用NodePort暴露关键服务
跨命名空间访问使用<service-name>.<namespace>.svc.cluster.local

二、Ingress：智能流量路由

2.1 Ingress与Controller关系

主流Ingress Controller对比：

方案	特点	适用场景
Nginx	功能全面，性能优秀	通用Web服务
Traefik	动态配置，内置Dashboard	快速迭代环境
ALB	AWS深度集成，无需维护	AWS生态

2.2 典型Ingress配置

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: shop-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: shop.example.com
    http:
      paths:
      - path: /api
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-service
            port:
              number: 80
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web-service
            port:
              number: 8080

高级功能实践：

金丝雀发布：通过annotation实现流量切分

nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"
nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "20"

跨域配置：

nginx.ingress.kubernetes.io/enable-cors: "true"
nginx.ingress.kubernetes.io/cors-allow-origin: "*"

三、CoreDNS：集群DNS解析

Kubernetes DNS解析规则：

Service：<svc>.<ns>.svc.cluster.local
Pod：<pod-ip>.<ns>.pod.cluster.local

调试技巧：

# 检查DNS解析
kubectl run -it --rm --image=infoblox/dnstools:latest dnstools
> nslookup backend-service.default

四、外部流量策略精要

4.1 ExternalTrafficPolicy选项

Cluster（默认）：
- 流量可能跨节点转发
- 保留客户端源IP（需要云厂商支持）
Local：
- 仅路由到本节点Pod
- 保留真实客户端IP
- 需要配合externalTrafficPolicy: Local使用

生产建议：

需要保留客户端IP时使用Local模式
节点数量少时慎用Local模式（可能导致负载不均）
结合service.spec.healthCheckNodePort实现健康检查

五、实战架构示例

电商系统典型架构：

外部用户 -> CDN -> [LoadBalancer Service] -> [Ingress Nginx] 
-> [内部ClusterIP Services] -> [业务Pods]
                -> [Redis ClusterIP] 
                -> [MySQL Headless Service]

性能优化要点：

使用sessionAffinity: ClientIP保持会话粘性
合理设置terminationGracePeriodSeconds实现优雅终止
监控指标关注：
- 服务延迟（P99）
- DNS查询耗时
- Ingress Controller吞吐量

六、常见问题排查指南

服务不可达检查清单：
- Service selector是否匹配Pod标签
- Endpoints是否正常（kubectl get endpoints）
- 网络策略是否放行
- kube-proxy是否正常运行

DNS解析失败处理：

# 检查CoreDNS运行状态
kubectl -n kube-system get pods -l k8s-app=kube-dns

# 查看DNS配置
kubectl exec -it <pod> -- cat /etc/resolv.conf

Ingress不生效排查：
- 确认Ingress Controller已安装
- 检查Ingress资源events（kubectl describe ingress）
- 验证Controller日志

通过本文介绍的核心机制和实战经验，开发者可以构建出高效可靠的Kubernetes服务网络架构。建议在测试环境充分验证不同场景下的流量行为，再应用到生产环境。

Kubernetes服务发现与负载均衡详解：Service与Ingress