如何管理 Kubernetes 入口路由和负载均衡

简介

本教程将引导你了解 Kubernetes Ingress 的基本原理，实现高级 Ingress 路由，并在生产环境中部署和管理 Ingress。Kubernetes Ingress 是一项强大的功能，它简化了 Kubernetes 集群中外部流量到服务的管理和路由，充当第 7 层负载均衡器，并支持基于名称的虚拟主机、基于路径的路由、SSL/TLS 终止和负载均衡等功能。

Skills Graph

理解 Kubernetes Ingress 基础

Kubernetes Ingress 是一项强大的功能，它简化了 Kubernetes 集群中外部流量到服务的管理和路由。它充当第 7 层负载均衡器，使你能够配置高级路由规则、SSL/TLS 终止和基于名称的虚拟主机。

什么是 Kubernetes Ingress？

Kubernetes Ingress 是一个 API 对象，用于定义将外部 HTTP(S) 流量路由到 Kubernetes 集群中服务的规则。它提供了一种灵活且可扩展的方式来管理传入流量，支持以下功能：

• 基于名称的虚拟主机：根据请求的主机名将流量路由到不同的服务。
• 基于路径的路由：根据请求的 URL 路径将流量路由到不同的服务。
• SSL/TLS 终止：在 Ingress 级别终止 SSL/TLS 连接，简化服务配置。
• 负载均衡：将传入流量分布到服务的多个实例上。

Ingress 组件

Kubernetes Ingress 涉及的主要组件有：

1. Ingress 资源：定义传入流量的路由规则和配置。
2. Ingress 控制器：负责实现 Ingress 规则并管理流量的负载均衡。
3. 服务：Ingress 将流量路由到的 Kubernetes 服务。

Ingress 配置

Ingress 资源使用 YAML 清单进行定义。以下是一个 Ingress 配置示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
    - host: example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: web-service
                port:
                  number: 80

此 Ingress 配置将来自 example.com 的流量路由到端口 80 上的 web-service Kubernetes 服务。

Kubernetes Ingress 的优势

使用 Kubernetes Ingress 有以下几个优势：

• 简化流量管理：Ingress 允许你通过单个入口点管理所有传入流量，简化集群内的整体流量管理。
• 高级路由功能：Ingress 支持基于名称的虚拟主机、基于路径的路由和 SSL/TLS 终止等功能，实现更复杂的路由场景。
• 可扩展性和高可用性：Ingress 控制器可以扩展并实现高可用性，确保你的流量能够处理增加的负载并保持弹性。
• 集中式配置：Ingress 资源以声明方式定义，使你能够以版本控制和一致的方式管理流量路由配置。

实现高级 Ingress 路由

虽然基本的 Ingress 配置涵盖了许多常见用例，但 Kubernetes Ingress 还支持更高级的路由功能，以处理复杂的流量管理场景。这些功能使你能够创建复杂的路由规则，并增强 Ingress 设置的灵活性。

基于路径的路由

Ingress 支持基于路径的路由，这使你能够根据请求的 URL 路径将流量路由到不同的服务。当你的集群中有多个服务运行，并且希望通过单个 Ingress 公开它们时，这非常有用。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
    - host: example.com
      http:
        paths:
          - path: /api
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: api-service
                port:
                  number: 80
          - path: /static
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: static-service
                port:
                  number: 80

在此示例中，Ingress 将对 /api 的请求路由到 api-service，将对 /static 的请求路由到 static-service。

基于主机的路由

Ingress 还支持基于主机的路由，这使你能够根据请求的主机名将流量路由到不同的服务。当你希望通过单个 Ingress 为多个域名或子域名提供服务时，这非常有用。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
    - host: api.example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: api-service
                port:
                  number: 80
    - host: www.example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: web-service
                port:
                  number: 80

在此示例中，Ingress 将对 api.example.com 的请求路由到 api-service，将对 www.example.com 的请求路由到 web-service。

SSL/TLS 终止

Ingress 可以处理 SSL/TLS 终止，简化你的服务配置。你可以指定包含 SSL/TLS 证书和密钥的 TLS 机密，Ingress 将处理流量的加密和解密。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
    nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "false"
spec:
  tls:
    - hosts:
        - example.com
      secretName: tls-secret
  rules:
    - host: example.com
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: web-service
                port:
                  number: 80

在此示例中，Ingress 配置为使用包含必要证书和密钥的 tls-secret 机密来终止 SSL/TLS 连接。

通过实现这些高级 Ingress 路由功能，你可以在 Kubernetes 集群中创建更复杂的流量管理解决方案，处理复杂的路由场景，并增强应用程序部署的整体灵活性。

在生产环境中部署和管理 Ingress

在生产环境中部署和管理 Ingress 需要仔细规划和考量，以确保 Kubernetes 集群内流量路由的可靠性、可扩展性和安全性。本节将介绍在生产环境中部署和管理 Ingress 的关键要点。

Ingress 控制器安装

在生产环境中部署 Ingress 的第一步是安装 Ingress 控制器。Kubernetes 没有提供内置的 Ingress 控制器，因此你需要选择并安装第三方 Ingress 控制器。一些流行的选项包括：

• NGINX Ingress 控制器
• Traefik Ingress 控制器
• HAProxy Ingress 控制器
• Istio Ingress 网关

这些 Ingress 控制器的安装过程各不相同，但通常包括创建一个运行 Ingress 控制器 Pod 的 Kubernetes 部署或守护进程集资源。

Ingress 部署最佳实践

在生产环境中部署 Ingress 时，请考虑以下最佳实践：

1. 高可用性：通过运行多个副本并将它们分布在不同的节点或可用区来确保 Ingress 控制器具有高可用性。
2. 资源请求和限制：为 Ingress 控制器 Pod 设置适当的资源请求和限制，以确保它们拥有处理预期流量负载所需的 CPU 和内存资源。
3. 监控和可观测性：实施监控和可观测性解决方案，以跟踪 Ingress 控制器及其处理的流量的健康状况和性能。
4. 日志记录和故障排除：为 Ingress 控制器配置日志记录和错误报告，以帮助进行故障排除和问题解决。
5. Ingress 资源验证：对 Ingress 资源定义实施验证检查，以确保它们配置正确并避免潜在问题。

Ingress 监控和故障排除

监控和排查 Ingress 部署对于维护可靠且响应迅速的流量路由系统至关重要。考虑以下方法：

1. 指标和仪表板：使用 Prometheus 和 Grafana 等工具收集并可视化与 Ingress 相关的指标，如请求量、响应时间和错误率。
2. 日志记录和日志分析：确保 Ingress 控制器日志配置正确，并与集中式日志记录解决方案（如 Elasticsearch 或 Fluentd）集成，以帮助进行故障排除。
3. Ingress 控制器调试：利用 Ingress 控制器的内置调试功能，如 NGINX Ingress 控制器的 nginx-debug 模式，来调查问题并收集更详细的信息。
4. Ingress 资源验证：定期验证 Ingress 资源定义，以确保它们配置正确且是最新的。

通过遵循这些最佳实践并实施强大的监控和故障排除策略，你可以确保生产环境中的 Ingress 部署可靠、可扩展且易于管理。

总结

在本全面教程中，你将学习如何利用 Kubernetes Ingress 的强大功能来管理外部流量并将其路由到你的服务。你将探索 Ingress 的核心组件，了解配置过程，并实现高级路由技术。最后，你将发现生产环境中部署和管理 Ingress 的最佳实践，确保基于 Kubernetes 的应用程序的可靠性和可扩展性。