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《K8s中基于Ingress的负载均衡实现》
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，服务的数量不断增加，如何有效地将外部流量分发到不同的服务实例成为一个关键问题，这就是负载均衡的需求所在，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。
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Ingress基础
1、Ingress资源定义
- Ingress是K8s中的一种API对象，它用于管理对集群内服务的外部访问，它可以将不同的URL路径或域名映射到集群内不同的服务上，一个Web应用可能有多个微服务，如用户认证服务、订单服务等，Ingress可以根据请求的URL路径，将请求准确地路由到对应的微服务。
- 一个典型的Ingress资源定义可能包含以下内容：
- 规则（rules）：这是Ingress的核心部分，它定义了如何将HTTP或HTTPS请求路由到后端服务，规则由主机（host）和路径（path）组成，主机是指请求的域名，路径则是请求的URL路径部分，可以定义一个规则，将来自“example.com”域名且路径为“/auth”的请求路由到用户认证服务。
- 后端（backend）：指定了请求将被转发到的后端服务，后端服务可以是K8s中的一个Service对象，这个Service对象又关联到一个或多个Pod实例。
2、Ingress控制器（Ingress Controller）
- Ingress资源本身只是定义了路由规则，但要实际实现这些规则，需要Ingress控制器，Ingress控制器是一个在K8s集群中运行的组件，它负责监听Ingress资源的变化，并根据定义的规则配置负载均衡器。
- 常见的Ingress控制器有Nginx Ingress Controller、Traefik等，不同的Ingress控制器在功能和性能上可能会有所差异，但它们的基本目标都是根据Ingress资源来实现流量的负载均衡和路由。
基于Ingress的负载均衡实现
1、安装Ingress控制器
- 以Nginx Ingress Controller为例，安装过程通常包括创建必要的命名空间、部署相关的Deployment和Service对象，可以使用Helm来简化安装过程，首先添加Nginx Ingress Controller的Helm仓库，然后通过Helm命令进行安装。
- 在安装过程中，可以配置一些参数，如控制器的副本数、使用的网络模式等，在多节点的K8s集群中，为了提高可用性，可以设置多个副本的Ingress控制器，这样即使一个节点上的控制器出现故障，其他节点上的控制器仍然可以正常工作。
2、创建Ingress资源
- 假设我们有两个服务，一个是名为“auth - service”的用户认证服务，另一个是名为“order - service”的订单服务，首先创建对应的Service对象来暴露这两个服务。
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- 然后创建Ingress资源来定义路由规则。
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: my - ingress
spec:
rules:
- host: example.com
http:
paths:
- path: /auth
backend:
service:
name: auth - service
port:
number: 80
- path: /order
backend:
service:
name: order - service
port:
number: 80- 在这个Ingress资源定义中，对于来自“example.com”域名的请求，如果路径是“/auth”，则将被路由到“auth - service”服务的80端口；如果路径是“/order”，则将被路由到“order - service”服务的80端口。
3、负载均衡策略
轮询（Round - Robin）：这是一种基本的负载均衡策略，在这种策略下，Ingress控制器会将请求依次分配到后端的多个服务实例上，如果有3个“auth - service”的Pod实例，第一个请求会被发送到第一个Pod，第二个请求发送到第二个Pod，第三个请求发送到第三个Pod，然后第四个请求又回到第一个Pod，如此循环。
基于权重（Weight - Based）：可以为不同的后端服务实例或服务设置不同的权重，有两个版本的“order - service”，一个是新版本，一个是旧版本，如果希望将70%的流量发送到新版本，30%的流量发送到旧版本，可以为新版本的服务设置权重为7，旧版本的服务设置权重为3，Ingress控制器会根据权重比例来分配流量。
会话亲和性（Session Affinity）：为了保证用户在一次会话中的操作连贯性，需要将来自同一个用户的请求都路由到同一个后端服务实例，通过设置会话亲和性，Ingress控制器可以根据用户的会话标识（如Cookie等）将请求始终路由到之前处理过该用户请求的服务实例。
高级功能与优化
1、TLS终止（TLS Termination）
- 在处理HTTPS请求时，Ingress可以在Ingress控制器处进行TLS终止，这意味着Ingress控制器会解密来自客户端的HTTPS请求，然后将解密后的HTTP请求转发到后端服务，这样做的好处是可以减轻后端服务处理TLS加密和解密的负担，提高整体性能。
- 要实现TLS终止，需要在Ingress资源中配置TLS证书相关的信息，可以将证书存储为K8s中的Secret对象，然后在Ingress资源中引用这个Secret对象。
2、流量限制（Rate Limiting）
- 为了防止恶意攻击或者保护后端服务免受过多流量的冲击，可以在Ingress处设置流量限制，不同的Ingress控制器提供了不同的流量限制方式，Nginx Ingress Controller可以通过配置Nginx的相关模块来实现对请求速率、并发连接数等的限制。
- 可以根据IP地址、请求路径等条件来设置不同的流量限制策略，对于来自某个特定IP地址段的请求，如果在短时间内请求数量超过了设定的阈值，可以返回一个错误码或者将请求进行排队等待。
3、监控与日志
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- 为了确保基于Ingress的负载均衡正常运行，需要对Ingress进行监控，可以使用Prometheus等监控工具来收集Ingress控制器的性能指标，如请求流量、响应时间、错误率等，通过对这些指标的分析，可以及时发现潜在的问题并进行优化。
- 查看Ingress的日志也是非常重要的，Ingress控制器的日志可以记录请求的详细信息，如请求的来源、路由的目标、处理结果等，通过分析日志，可以排查请求路由错误、服务不可用等问题。
故障排除
1、路由问题
- 如果发现请求没有按照预期的路由规则进行转发，首先检查Ingress资源的定义是否正确，可能存在语法错误或者规则冲突，路径定义是否准确，主机名是否正确匹配等。
- 检查Ingress控制器是否正常运行并且已经正确加载了Ingress资源，可以查看Ingress控制器的日志，看是否有关于加载Ingress资源失败的提示。
2、负载均衡不均匀
- 如果发现后端服务的负载不均衡，例如某个服务实例接收到的请求过多，而其他实例接收的请求很少，对于轮询策略，可能是由于某个服务实例的启动时间较晚，导致在轮询过程中被分配到的请求较少，可以通过调整服务的启动顺序或者重新创建服务来解决。
- 对于基于权重的策略，检查权重设置是否正确，可能存在权重设置不合理或者在更新权重后没有正确生效的情况。
3、TLS相关问题
- 如果在配置TLS终止后，HTTPS请求出现问题，首先检查TLS证书是否有效，可以使用工具来验证证书的有效期、证书链是否完整等。
- 检查Ingress资源中对TLS证书的引用是否正确，是否存在Secret对象丢失或者权限不足的情况。
通过以上对K8s中基于Ingress的负载均衡的详细介绍，包括Ingress的基础概念、安装、资源创建、负载均衡策略、高级功能以及故障排除等方面，可以有效地在K8s集群中实现高效的外部流量负载均衡，满足微服务架构下的服务访问需求。
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