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《深入探究K8s中基于Ingress的负载均衡实现原理》
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K8s与负载均衡概述
在Kubernetes（k8s）集群环境中，随着微服务架构的广泛应用，众多的服务实例需要被有效地管理和访问，负载均衡是确保流量能够合理地分发到这些服务实例的关键机制，K8s提供了多种方式来实现负载均衡，其中Ingress是一种非常重要的资源对象。
Ingress基础概念
1、定义
- Ingress是K8s中的一个API对象，它为进入集群的HTTP和HTTPS流量提供路由规则，它就像是集群的一个“前门”，负责将外部的请求根据定义好的规则转发到集群内部不同的服务（Service）上。
2、与Service的关系
- Service主要是在集群内部实现负载均衡，将流量分发到一组Pod实例上，而Ingress则是在Service之上构建，它关注的是集群外部到内部服务的流量导向，一个K8s集群中有多个Web服务，每个Web服务可能对应一个Service，Ingress可以根据域名、路径等规则将来自外部的HTTP/HTTPS请求准确地发送到对应的Service，然后由Service进一步将请求分发到具体的Pod实例。
Ingress负载均衡实现原理
1、规则匹配
基于域名的路由
- Ingress可以根据请求的域名来决定将请求转发到哪个Service，有一个域名“example - app.com”和“test - app.com”，可以在Ingress资源中定义规则，当请求的域名是“example - app.com”时，将请求转发到名为“example - service”的Service；当域名是“test - app.com”时，转发到“test - service”，这是通过解析请求中的Host头部信息来实现的。
基于路径的路由
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- 除了域名，Ingress还能根据请求的路径进行路由，对于“example - app.com/api”这个路径的请求，可以定义规则将其转发到专门处理API请求的Service，而对于“example - app.com/front - end”路径的请求则转发到前端服务对应的Service，在Ingress资源的配置中，可以使用精确匹配、前缀匹配等方式来定义路径规则。
2、流量分发到Service
- 一旦Ingress根据规则确定了目标Service，它就会将请求发送到该Service，在K8s中，Service有多种类型，如ClusterIP、NodePort和LoadBalancer，如果是ClusterIP类型的Service，Ingress会在集群内部将请求发送到该Service的虚拟IP地址，然后由Service根据其负载均衡策略（如轮询、加权轮询等）将请求分发到对应的Pod实例，如果是NodePort类型的Service，Ingress会将请求发送到集群节点上特定的端口，再由节点上的kube - proxy等组件将请求转发到对应的Service和Pod实例。
3、Ingress Controller的作用
- Ingress资源本身只是定义了路由规则，实际的流量转发操作是由Ingress Controller来执行的，Ingress Controller是一个运行在K8s集群中的应用程序，它监听Ingress资源的变化，当有新的Ingress资源创建或者已有资源更新时，Ingress Controller会根据新的规则重新配置其内部的负载均衡机制，常见的Ingress Controller有Nginx Ingress Controller、Traefik等。
- 以Nginx Ingress Controller为例，它基于Nginx服务器来实现负载均衡功能，当Ingress Controller启动时，它会读取集群中的Ingress资源配置文件，根据配置中的域名和路径规则，它会在Nginx的配置文件中生成相应的server块和location块，如果有一个基于域名的路由规则，Nginx Ingress Controller会在Nginx配置中创建一个server块，其中server_name设置为对应的域名，然后在server块内部根据路径规则创建location块，将请求反向代理到目标Service的后端Pod实例。
- Ingress Controller还负责处理TLS（Transport Layer Security）终止，如果Ingress资源中定义了TLS配置，Ingress Controller会在Nginx等代理服务器上配置相应的SSL证书，对传入的HTTPS请求进行解密，并将其作为HTTP请求转发到内部的Service。
Ingress负载均衡的优势与应用场景
1、优势
集中管理路由规则：可以在一个Ingress资源中统一管理多个服务的外部访问规则，避免了在每个服务或Pod上单独配置路由的复杂性。
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灵活的路由策略：支持多种基于域名和路径的路由方式，能够满足复杂的微服务架构下的流量分发需求。
与多种Ingress Controller集成：可以根据实际需求选择不同的Ingress Controller，如对于性能要求较高的场景可以选择Nginx Ingress Controller，对于功能丰富且易于配置的场景可以选择Traefik等。
2、应用场景
微服务架构中的API网关：在微服务架构中，Ingress可以作为API网关，对外提供统一的接口，将外部请求根据不同的API路径和域名分发到相应的微服务实例上。
多租户应用的流量管理：对于多租户的应用，每个租户可能有自己的域名或应用路径，Ingress可以根据租户的标识（如域名）来将流量准确地导向对应的服务实例，实现租户之间的流量隔离。
K8s中的Ingress通过定义灵活的路由规则，结合Ingress Controller的实际转发操作，有效地实现了集群外部到内部服务的负载均衡，为构建可扩展、灵活的微服务架构提供了重要的支持。
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