「Kubernetes 實作手冊：基礎入門篇」學習筆記（廿五）：認識 Headless 服務類型

Memo's Blog

2021-12-29

「Kubernetes 實作手冊：基礎入門篇」Study Notes

Deployment, Docker, Kubernetes

前言

本文為「Kubernetes 實作手冊：基礎入門篇」課程的學習筆記。

簡介

有時不需要或不想要負載平衡，以及單獨的 Service IP。遇到這種情況，可以透過指定 Cluster IP 的值為 None 來創建 Headless Service。

可以使用 Headless Service 與其他服務發現機制，而不必與 Kubernetes 的實現捆綁在一起。

Headless Service 並不會分配 Cluster IP，kube-proxy 不會處理它們，而且平台也不會為它們進行負載平衡和路由。DNS 如何實現自動配置，依賴於 Service 是否定義了選擇器。

實作

以下使用 kind 的環境。

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cd vagrant/kind
vagrant up
vagrant ssh

首先，查看範例資料夾中的 StatefulSet 和 Deployment 配置檔。

1	cat introduction/service/headless/hello.yml

配置檔如下：

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: hello-kubernetes
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: hello-kubernetes
  serviceName: "headless-demo"
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-kubernetes
    spec:
      containers:
      - name: hello-kubernetes
        image: paulbouwer/hello-kubernetes:1.7
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: client
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: client
  template:
    metadata:
      labels:
        app: client
    spec:
      containers:
      - name: client
        image: hwchiu/netutils

查看範例資料夾中的 Service 配置檔。

1	cat introduction/service/headless/service.yml

配置檔如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: headless-demo
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    app: hello-kubernetes

使用配置檔創建 StatefulSet、Deployment 和 Service 資源。

1	kubectl apply -R -f introduction/service/headless

透過選擇器查看 Pod 列表。

1	kubectl get pods -l app=hello-kubernetes -o wide

結果如下：

NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE                 NOMINATED NODE   READINESS GATES
client-67674d5464-w5t5b   1/1     Running   0          27s   10.244.2.5   kind-worker          <none>           <none>
hello-kubernetes-0        1/1     Running   0          27s   10.244.1.6   kind-worker2         <none>           <none>
hello-kubernetes-1        1/1     Running   0          25s   10.244.2.6   kind-worker          <none>           <none>
hello-kubernetes-2        1/1     Running   0          23s   10.244.0.7   kind-control-plane   <none>           <none>

查看 Service 列表。

1	kubectl get svc

結果如下：

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NAME            TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
headless-demo   ClusterIP   None         <none>        80/TCP    46s
kubernetes      ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   2d

查看 Endpoint 列表。

1	kubectl get endpoints

結果如下：

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NAME            ENDPOINTS                                         AGE
headless-demo   10.244.0.7:8080,10.244.1.6:8080,10.244.2.6:8080   105s
kubernetes      172.17.0.3:6443                                   2d

透過 client 容器訪問 Service 的 DNS。

1	kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup headless-demo

所有的 Endpoint 結果如下：

Server:		10.96.0.10
Address:	10.96.0.10#53

Name:	headless-demo.default.svc.cluster.local
Address: 10.244.2.6
Name:	headless-demo.default.svc.cluster.local
Address: 10.244.0.7
Name:	headless-demo.default.svc.cluster.local
Address: 10.244.1.6

透過 client 容器訪問 3 個 Pod 的 DNS。

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kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup hello-kubernetes-0.headless-demo
kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup hello-kubernetes-1.headless-demo
kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup hello-kubernetes-2.headless-demo

刪除所有名為 hello-kubernetes 的 Pod。

1	kubectl delete pod hello-kubernetes-0 hello-kubernetes-1 hello-kubernetes-2

再取得一次 Pod 列表，會發現 IP 位址都改變了。

kubectl get pods -o wide
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE   IP           NODE                 NOMINATED NODE   READINESS GATES
client-67674d5464-w5t5b   1/1     Running   0          15m   10.244.2.5   kind-worker          <none>           <none>
hello-kubernetes-0        1/1     Running   0          27s   10.244.1.7   kind-worker2         <none>           <none>
hello-kubernetes-1        1/1     Running   0          25s   10.244.2.7   kind-worker          <none>           <none>
hello-kubernetes-2        1/1     Running   0          24s   10.244.0.8   kind-control-plane   <none>           <none>

但是依舊可以透過 client 容器訪問 Pod 的 DNS，對應用程式來講只要保持相同的 Domain Name 都可以存取。

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kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup hello-kubernetes-0.headless-demo
kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup hello-kubernetes-1.headless-demo
kubectl exec client-67674d5464-w5t5b -- nslookup hello-kubernetes-2.headless-demo

總結來說，Headless Service 經常與 StatefulSet 搭配，用在一些 Layer 7 的應用程式，例如 gRPC 等，無法使用 TCP 的分流來完成負載平衡。而解決方式就是取得所有的伺服器 Endpoint，自行實作如何達成負載平衡。

參考資料

Kubernetes 實作手冊：基礎入門篇