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本文目录导读:

  1. K8s Ingress负载均衡概述
  2. Ingress的工作原理
  3. Ingress负载均衡的应用场景
  4. Ingress负载均衡的优势

《深入探究K8s Ingress负载均衡:原理、应用与优势》

K8s Ingress负载均衡概述

在Kubernetes(K8s)生态系统中,负载均衡是确保应用程序高可用性、高效资源利用和良好用户体验的关键机制,Service负载均衡主要在集群内部实现服务发现和流量分发,而Ingress则在集群外部提供了统一的HTTP(S)流量入口,并进行更高级的负载均衡操作。

(一)与K8s Service负载均衡的区别

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1、作用层次

- K8s Service主要负责集群内Pod之间的负载均衡,当有多个副本的后端应用(如一个Web服务的多个Pod实例)时,Service会根据定义的策略(如轮询、随机等)将流量均衡地分发给这些Pod,它是基于IP和端口的负载均衡,对于集群内部的微服务之间的通信非常有效。

- Ingress则是聚焦于集群外部到集群内部服务的HTTP(S)流量的负载均衡,它可以根据域名、路径等HTTP相关的属性来进行流量分发,一个企业可能有多个Web应用,分别对应不同的域名,Ingress可以根据请求的域名将流量导向不同的后端服务。

2、功能特性

- Service的负载均衡功能相对基础,主要是简单的流量分发,而Ingress能够提供更多高级的功能,如基于内容的路由,可以根据请求中的HTTP头部信息、路径等进行复杂的路由决策,对于/api/v1/*这样的路径请求,可以将其路由到专门处理API版本1的后端服务,而对于/api/v2/*的路径请求,则路由到对应的版本2的后端服务。

Ingress的工作原理

(一)Ingress资源定义

1、规则配置

- 在K8s中,Ingress资源通过定义一系列规则来实现负载均衡,这些规则包含了主机(域名)和路径的映射关系。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my - ingress
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /app1
        backend:
          serviceName: app1 - service
          servicePort: 80
      - path: /app2
        backend:
          serviceName: app2 - service
          servicePort: 80

- 上述YAML定义了一个名为my - ingress的Ingress资源,当请求的主机为example.com且路径为/app1时,流量将被导向名为app1 - service的服务的80端口;当路径为/app2时,流量将导向app2 - service的80端口。

2、Ingress控制器

- Ingress资源本身只是一种定义,真正实现负载均衡功能的是Ingress控制器,常见的Ingress控制器有Nginx Ingress控制器、Traefik等。

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- Ingress控制器会监听K8s API服务器上的Ingress资源的变化,当有新的Ingress资源被创建或者修改时,控制器会根据新的规则配置更新自身的负载均衡策略,Nginx Ingress控制器会根据Ingress资源中的规则重新生成Nginx的配置文件,然后重新加载Nginx服务,使得新的流量分发规则生效。

Ingress负载均衡的应用场景

(一)多租户应用

1、资源隔离与定制化

- 在多租户的云环境中,不同的租户可能有自己的Web应用,Ingress可以根据租户的域名将流量准确地导向各自的后端服务,租户A有一个名为tenant - a - app.com的域名对应的Web应用,租户B有tenant - b - app.com对应的应用,Ingress可以确保来自tenant - a - app.com的请求只到达租户A的应用服务,来自tenant - b - app.com的请求只到达租户B的应用服务,从而实现资源隔离和定制化的流量管理。

2、版本升级与灰度发布

- 当企业需要对Web应用进行版本升级时,Ingress可以用于实现灰度发布,可以将一部分用户的请求(例如根据请求的来源IP的哈希值或者一定比例的流量)导向新的版本服务,而其余流量仍然导向旧版本服务,通过监控新老版本服务的性能指标(如响应时间、错误率等),可以逐步增加导向新版本服务的流量比例,直到完全切换到新版本,从而实现平滑的版本升级。

(二)微服务架构

1、统一入口与服务治理

- 在微服务架构中,通常有多个微服务相互协作,Ingress提供了一个统一的HTTP(S)入口,外部客户端只需要与这个入口交互,而不需要了解内部微服务的具体结构和地址,一个电商系统可能有用户服务、商品服务、订单服务等多个微服务,Ingress可以根据请求的路径将流量分发到相应的微服务,如对于/user/*路径的请求,导向用户服务;对于/product/*路径的请求,导向商品服务等,这不仅简化了外部客户端的访问,也便于在Ingress层进行安全策略的实施,如对所有进入的流量进行身份验证、限流等操作。

Ingress负载均衡的优势

(一)集中化管理

1、简化配置

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- 通过Ingress,运维人员可以在一个地方集中管理集群外部到内部服务的HTTP(S)流量路由,相比于在每个Service上单独配置外部访问规则,Ingress大大简化了配置流程,如果有10个不同的Web服务需要对外提供HTTP访问,使用Ingress只需要在Ingress资源中定义10个路由规则,而不需要在每个服务对应的Service资源中进行复杂的外部访问设置。

2、易于维护

- 当需要对流量路由策略进行调整时,如添加新的域名映射或者修改路径规则,只需要更新Ingress资源即可,Ingress控制器会自动处理后续的配置更新,不需要逐个修改每个Service或者后端应用的配置,这使得在大规模的K8s集群中,流量管理的维护成本大大降低。

(二)灵活性与可扩展性

1、协议支持

- Ingress能够很好地支持HTTP和HTTPS协议,对于HTTPS,Ingress控制器可以处理TLS证书的管理,可以配置Ingress控制器从K8s的Secret资源中获取TLS证书,从而轻松实现对外部流量的加密传输,一些Ingress控制器还支持WebSockets等其他基于HTTP的协议扩展,这使得它能够适应各种现代Web应用的需求。

2、插件与定制化

- 由于有众多的Ingress控制器可供选择,并且这些控制器通常支持插件机制,Nginx Ingress控制器可以通过插件扩展功能,如实现自定义的访问控制策略、请求过滤等,企业可以根据自身的需求选择合适的控制器并进行定制化开发,以满足特殊的业务场景,如与企业内部的身份验证系统集成等。

K8s Ingress负载均衡在现代容器化应用的部署和管理中扮演着至关重要的角色,它提供了高效、灵活且易于管理的流量分发解决方案,无论是对于多租户应用、微服务架构还是其他复杂的业务场景都有着广泛的应用前景。

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