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《K8s集群中基于Service负载均衡策略实现负载均衡》
在Kubernetes(k8s)集群中,负载均衡是确保应用程序高可用性、高效利用资源以及应对流量变化的关键机制,Service是实现负载均衡的重要抽象概念,它提供了多种负载均衡策略。
K8s Service简介
Service在k8s中定义了一组Pod的逻辑集合以及访问这些Pod的策略,它提供了一种稳定的网络端点,使得其他组件(如其他Pod或者外部客户端)能够以一致的方式访问一组Pod,而无需关心这些Pod的具体位置和动态变化情况。
二、默认的负载均衡策略 - Round Robin(轮询)
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(一)原理
在默认情况下,K8s Service采用轮询的负载均衡策略,当有多个Pod副本为一个Service提供服务时,请求会依次分配到不同的Pod上,有三个Pod(Pod1、Pod2、Pod3)为一个Service提供服务,第一个请求会被发送到Pod1,第二个请求发送到Pod2,第三个请求发送到Pod3,第四个请求又回到Pod1,如此循环。
(二)适用场景
这种策略适用于无状态的服务,因为它简单且公平地分配负载,对于一个简单的Web应用,多个Web服务器Pod提供相同的内容,轮询策略可以均匀地将客户端请求分配到各个Pod,确保每个Pod都能分担一部分流量,从而提高整体的响应能力和资源利用率。
三、Session Affinity(会话亲和性)策略
(一)原理
1、基于源IP的会话亲和性
- 这种方式会将来自同一个源IP地址的请求始终定向到同一个Pod,当客户端第一次向Service发起请求时,k8s会根据源IP地址将请求路由到某个Pod,后续来自该源IP的请求都会被发送到这个相同的Pod,这在某些场景下非常有用,例如对于有状态的Web应用,用户登录后的会话信息存储在特定的Pod中,通过会话亲和性可以确保同一个用户的后续请求都能到达包含其会话信息的Pod,避免了重新建立会话等复杂操作。
2、基于Cookie的会话亲和性(对于HTTP服务)
- 对于HTTP类型的Service,如果启用了基于Cookie的会话亲和性,K8s会在客户端的第一次响应中设置一个Cookie,这个Cookie包含了与特定Pod相关的标识,后续客户端的请求会携带这个Cookie,K8s根据Cookie中的标识将请求路由到对应的Pod。
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(二)配置示例
要启用基于源IP的会话亲和性,可以在Service的定义中添加如下配置:
apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: my - service spec: selector: app: my - app type: ClusterIP sessionAffinity: ClientIP sessionAffinityConfig: clientIP: timeoutSeconds: 10800
这里设置了sessionAffinity
为ClientIP
表示基于源IP的会话亲和性,并且设置了timeoutSeconds
,如果在这个时间内没有来自同一个源IP的请求,那么下一次请求可能会被重新分配到其他Pod。
四、加权负载均衡策略(通过自定义Controller实现)
(一)原理
在某些复杂的场景下,可能需要根据Pod的性能、资源配置或者其他因素对负载均衡进行更精细的控制,有一些高性能的Pod和一些低性能的Pod为一个Service提供服务,可以为高性能的Pod分配更高的权重,使得更多的请求被路由到这些Pod上。
(二)实现方式
1、自定义Controller开发
- 需要开发一个自定义的K8s控制器,这个控制器可以监听Pod和Service的变化,当有请求到达Service时,控制器根据预先定义的权重规则(例如根据Pod的CPU使用率、内存大小等因素计算权重)来决定将请求路由到哪个Pod。
2、与Service的集成
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- 可以通过修改Service的Endpoint对象来实现实际的请求路由,Endpoint对象记录了为Service提供服务的Pod的IP地址和端口等信息,自定义控制器可以根据权重规则修改Endpoint对象中的Pod列表顺序或者对不同Pod设置不同的权重标记,从而引导请求按照权重进行分配。
外部负载均衡器集成
(一)原理
在实际的生产环境中,k8s集群可能需要与外部的负载均衡器(如硬件负载均衡器F5或者云服务提供商的负载均衡器,如AWS ELB、Azure Load Balancer等)集成,外部负载均衡器可以提供更高级的负载均衡功能,如SSL终止、流量过滤等。
(二)集成方式
1、通过Service类型为LoadBalancer
- 当在k8s中定义一个Service的类型为LoadBalancer
时,k8s会与云平台的负载均衡器进行交互,例如在AWS上,k8s会创建一个ELB,并将Service对应的Pod的IP地址和端口注册到ELB上,ELB会根据自己的负载均衡算法(如轮询、加权轮询等)将外部流量分配到k8s集群中的Pod上。
2、自定义外部负载均衡器集成
- 对于一些特殊的需求或者非云环境下的硬件负载均衡器集成,可以通过编写自定义的脚本或者控制器来实现,可以编写一个脚本,定期获取k8s集群中Service对应的Pod的信息,并将这些信息配置到硬件负载均衡器上,确保外部流量能够正确地被分配到k8s集群中的Pod。
通过合理地选择和配置K8s Service的负载均衡策略,可以有效地提高k8s集群中应用的性能、可用性和可扩展性,满足不同应用场景的需求。
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