几张图解释明白 Kubernetes Ingress

导语

Kubernetes中的Ingress资源对象，用于将不同URL的访问请求转发到后端不同的Service,以实现HTTP层的业务路由机制。Kubernetes使用一个Ingress策略定义和一个具体的Ingress Controller,两者结合并实现了一个完整的Ingress负载均衡器。

Kubernetes Ingress 只是 Kubernetes 中的一个普通资源对象，需要一个对应的 Ingress Controller来解析 Ingress 的规则，暴露服务到外部，比如 ingress-nginx，本质上来说它只是一个 Nginx Pod，然后将请求重定向到其他内部（ClusterIP）服务去，这个 Pod 本身也是通过 Kubernetes 服务暴露出去，最常见的方式是通过 LoadBalancer 来实现的。同样本文我们希望用一个简单清晰的概述，让你来了解 Kubernetes Ingress 背后的东西，让你更容易理解使用的 Ingress。
我们可以使用 Ingress 来使内部服务暴露到集群外部去，它为你节省了宝贵的静态 IP，因为你不需要声明多个 LoadBalancer 服务了，此次，它还可以进行更多的额外配置。下面我们通过一个简单的示例来对 Ingress 进行一些说明吧。

简单 HTTP server

首先，我们先回到容器、Kubernetes 之前的时代。
之前我们更多会使用一个（Nginx）HTTP server 来托管我们的服务，它可以通过 HTTP 协议接收到一个特定文件路径的请求，然后在文件系统中检查这个文件路径，如果存在则就返回即可。

例如，在 Nginx 中，我们可以通过下面的配置来实现这个功能。

location /folder {
    root /var/www/;
    index index.html;
}

除了上面提到的功能之外，我们可以当 HTTP server 接收到请求后，将该请求重定向到另一个服务器（意味着它作为代理）去，然后将该服务器的响应重定向到客户端去。对于客户端来说，什么都没有改变，接收到的结果仍然还是请求的文件（如果存在的话）。

同样如果在 Nginx 中，重定向可以配置成下面的样子：

location /folder {
    proxy_pass http://second-nginx-server:8000;
}

这意味着 Nginx 可以从文件系统中提供文件，或者通过代理将响应重定向到其他服务器并返回它们的响应。

简单的 Kubernetes 示例

使用 ClusterIP 服务

在 Kubernetes 中部署应用后，我们应该先去了解 Kubernetes Service 服务（前文中讲解的）。比如我们有两个 worker 节点，有两个服务 service-nginx 和 service-python，它们指向不同的 pods。这两个服务没有被调度到任何特定的节点上，也就是在任何节点上都有可能，如下图所示：

在集群内部我们可以通过他们的 Service 服务来请求到 Nginx pods 和 Python pods 上去，现在我们想让这些服务也能从集群外部进行访问，按照前文提到的我们就需要将这些服务转换为 LoadBalancer 服务。

使用 LoadBalancer 服务

当然使用 LoadBalancer 服务的前提是我们的 Kubernetes 集群的托管服务商要能支持才行，如果支持我们可以将上面的 ClusterIP 服务转换为 LoadBalancer 服务，可以创建两个外部负载均衡器，将请求重定向到我们的节点 IP，然后重定向到内部的 ClusterIP 服务。

我们可以看到两个 LoadBalancers 都有自己的 IP，如果我们向 LoadBalancer 22.33.44.55 发送请求，它请被重定向到我们的内部的 service-nginx 服务去。如果发送请求到 77.66.55.44，它将被重定向到我们的内部的 service-python 服务。
这个确实很方便，但是要知道 IP 地址是比较稀有的，而且价格可不便宜。想象下我们 Kubernetes 集群中不只是两个服务，有很多的话，我们为这些服务创建 LoadBalancers 成本是不是就成倍增加了。
那么是否有另一种解决方案可以让我们只使用一个 LoadBalancer 就可以把请求转发给我们的内部服务呢？我们先通过手动（非 Kubernetes）的方式来探讨下这个问题。

手动配置 Nginx 代理服务

我们知道 Nginx 可以作为一个代理使用，所以我们可以很容易想到运行一个 Nginx 来代理我们的服务。如下图所示，我们新增了一个名为 service-nginx-proxy 的新服务，它实际上是我们唯一的一个 LoadBalancer 服务。service-nginx-proxy 仍然会指向一个或多个 Nginx-pod-endpoints（为了简单没有在图上标识），之前的另外两个服务转换为简单的 ClusterIP 服务了。

可以看到我们只分配了一个 IP 地址为 11.22.33.44 的负载均衡器，对于不同的 http 请求路径我们用黄色来进行标记，他们的目标是一致的，只是包含的不同的请求 URL。
service-nginx-proxy 服务会根据请求的 URL 来决定他们应该将请求重定向到哪个服务去。
在上图中我们有两个背后的服务，分别用红色和蓝色进行了标记，红色会重定向到 service-nginx 服务，蓝色重定向到 service-python 服务。对应的 Nginx 代理配置如下所示：

location /folder {
    proxy_pass http://service-nginx:3001;
}
location /other {
    proxy_pass http://service-python:3002;
}

只是目前我们需要去手动配置 service-nginx-proxy 服务，比如新增了一个请求路径需要路由到其他服务去，我们就需要去重新配置 Nginx 的配置让其生效，但是这个确实是一个可行的解决方案，只是有点麻烦而已。
而 Kubernetes Ingress 就是为了让我们的配置更加容易、更加智能、更容易管理出现的，所以在 Kubernetes 集群中我们会用 Ingress 来代替上面的手动配置的方式将服务暴露到集群外去。

使用 Kubernetes Ingress

现在我们将上面手动配置代理的方式转换为 Kubernetes Ingress 的方式，如下图所示，我们只是使用了一个预先配置好的 Nginx（Ingress），它已经为我们做了所有的代理重定向工作，这为我们节省了大量的手动配置工作了。

这其实就已经说明了 Kubernetes Ingress 是什么，下面让我们来看看一些配置实例吧。

安装 Ingress 控制器

Ingress 只是 Kubernetes 的一种资源对象而已，在这个资源中我们可以去配置我们的服务路由规则，但是要真正去实现识别这个 Ingress 并提供代理路由功能，还需要安装一个对应的控制器才能实现。

kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.24.1/deploy/mandatory.yaml
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/nginx-0.24.1/deploy/provider/cloud-generic.yaml

使用下面的命令，可以看到安装在命名空间 ingress-nginx 中的 k8s 资源。

我们可以看到一个正常的 LoadBalancer 服务，有一个外部 IP 和一个所属的 pod，我们可以使用命令 kubectl exec 进入该 pod，里面包含一个预配置的 Nginx 服务器。

其中的 nginx.conf 文件就包含各种代理重定向设置和其他相关配置。

Ingress 配置示例

我们所使用的 Ingress yaml 例子可以是这样的。

# just example, not tested
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
  namespace: default
  name: test-ingress
spec:
  rules:
  - http:
      paths:
      - path: /folder
        backend:
          serviceName: service-nginx
          servicePort: 3001
  - http:
      paths:
      - path: /other
        backend:
          serviceName: service-python
          servicePort: 3002

和其他资源对象一样，通过 kubectl create -f ingress.yaml 来创建这个资源对象即可，创建完成后这个 Ingress 对象会被上面安装的 Ingress 控制器转换为对应的 Nginx 配置。
如果你的一个内部服务，即 Ingress 应该重定向到的服务，是在不同的命名空间里，怎么办？因为我们定义的 Ingress 资源是命名空间级别的。在 Ingress 配置中，只能重定向到同一命名空间的服务。
如果你定义了多个 Ingress yaml 配置，那么这些配置会被一个单一的Ingress 控制器合并成一个 Nginx 配置。也就是说所有的人都在使用同一个 LoadBalancer IP。

配置 Ingress Nginx

有时候我们需要对 Ingress Nginx 进行一些微调配置，我们可以通过 Ingress 资源对象中的 annotations 注解来实现，比如我们可以配置各种平时直接在 Nginx 中的配置选项。

kind: Ingress
metadata:
  name: ingress
  annotations:
      kubernetes.io/ingress.class: nginx
      nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: '30'
      nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: '500'
      nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: '500'
      nginx.ingress.kubernetes.io/send-timeout: "500"
      nginx.ingress.kubernetes.io/enable-cors: "true"
      nginx.ingress.kubernetes.io/cors-allow-methods: "*"
      nginx.ingress.kubernetes.io/cors-allow-origin: "*"
...

此外也可以做更细粒度的规则配置，如下所示：

nginx.ingress.kubernetes.io/configuration-snippet: |
  if ($host = 'www.qikqiak.com' ) {
    rewrite ^ https://qikqiak.com$request_uri permanent;
  }

这些注释都将被转换成 Nginx 配置，你可以通过手动连接(kubectl exec)到 nginx pod 中检查这些配置。
关于 ingress-nginx 更多的配置使用可以参考官方文档相关说明：

• https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/tree/master/docs/user-guide/nginx-configuration
• https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/master/docs/user-guide/nginx-configuration/annotations.md#lua-resty-waf

  查看 ingress-nginx 日志

  要排查问题，通过查看 Ingress 控制器的日志非常有帮助。
  

  使用 Curl 测试

  如果我们想测试 Ingress 重定向规则，最好使用 curl -v yourhost.com 来代替浏览器，可以避免缓存等带来的问题。

  重定向规则

  在本文的示例中我们使用 /folder 和 /other/directory 等路径来重定向到不同的服务，此外我们也可以通过主机名来区分请求，比如将 api.myurl.com 和 site.myurl.com 重定向到不同的内部 ClusterIP 服务去。

  apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
  kind: Ingress
  metadata:
  name: simple-fanout-example
  spec:
  rules:
  - host: api.myurl.com
    http:
      paths:
      - path: /foo
        backend:
          serviceName: service1
          servicePort: 4200
      - path: /bar
        backend:
          serviceName: service2
          servicePort: 8080
  - host: website.myurl.com
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: service3
          servicePort: 3333

SSL/HTTPS

可能我们想让网站使用安全的 HTTPS 服务，Kubernetes Ingress 也提供了简单的 TLS 校验，这意味着它会处理所有的 SSL 通信、解密/校验 SSL 请求，然后将这些解密后的请求发送到内部服务去。
如果你的多个内部服务使用相同（可能是通配符）的 SSL 证书，这样我们就只需要在 Ingress 上配置一次，而不需要在内部服务上去配置，Ingress 可以使用配置的 TLS Kubernetes Secret 来配置 SSL 证书。

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: tls-example-ingress
spec:
  tls:
  - hosts:
    - sslexample.foo.com
    secretName: testsecret-tls
  rules:
    - host: sslexample.foo.com
      http:
        paths:
        - path: /
          backend:
            serviceName: service1
            servicePort: 80

不过需要注意的是如果你在不同的命名空间有多个 Ingress 资源，那么你的 TLS secret 也需要在你使用的 Ingress 资源的所有命名空间中可用。

总结

这里我们简单介绍了 Kubernetes Ingress 的原理，简单来说：它不过是一种轻松配置 Nginx 服务器的方法，它可以将请求重定向到其他内部服务去。这为我们节省了宝贵的静态 IP 和 LoadBalancers 资源。
另外需要注意的是还有其他的 Kubernetes Ingress 类型，它们内部没有设置 Nginx 服务，但可能使用其他代理技术，一样也可以实现上面的所有功能。

原文链接：https://codeburst.io/kubernetes-ingress-simply-visually-explained-d9cad44e4419