实操教程丨如何在K8S集群中部署Traefik Ingress Controller



注:本文使用的Traefik为1.x的版本
在生产环境中,我们常常需要控制来自互联网的外部进入集群中,而这恰巧是Ingress的职责。

Ingress的主要目的是将HTTP和HTTPS从集群外部暴露给该集群中运行的服务。这与Ingress控制如何将外部流量路由到集群有异曲同工之妙。接下来,我们举一个实际的例子来更清楚的说明Ingress的概念。

首先,想象一下在你的Kubernetes集群中有若干个微服务(小型应用程序之间彼此通信)。这些服务能够在集群内部被访问,但我们想让我们的用户从集群外部也能够访问它们。因此,我们需要做的是使用反向代理将每个HTTP(S)(例如,service.yourdomain.com)路由与相应的后端关联,并在该服务的不同实例之间(如,pod)进行负载均衡。与此同时,由于Kubernetes的性质会不断发生变化,因此我们希望跟踪服务后端的更改,以便能够在添加或删除新Pod时将这些HTTP路由重新关联到新Pod实例。

使用Ingress资源和关联的Ingress Controller,你可以实现以下目标:

  • 将你的域app.domain.com指向你的私有网络中的微服务应用程序

  • 将路径domain.com/web指向你的私有网络中的微服务web

  • 将你的域backend.domain.com指向你的私有网络中的微服务后端,并在该微服务的多个实例之间(Pod)进行负载均衡


现在,你理解了Ingress的重要性。它能够帮助将HTTP路由指向在Kubernetes集群中特定的微服务。

但是,流量路由并不是Ingress在Kubernetes中的唯一功能。例如,还可以将Ingress配置为负载均衡流量到你的应用程序、终止SSL、执行基于名称的虚拟主机、在不同服务之间分配流量、设置服务访问规则等。

Kubernetes有一个特别的Ingress API资源,它能够支持上述所有功能。但是,简单地创建一个Ingress API资源是没有作用的。你还需要一个Ingress Controller。目前,Kubernetes支持许多Ingress controller,如Contour、HAProxy、NGINX以及Traefik。

在本文中,我将使用Traefik Ingress Controller创建Ingress。它能够实现现代HTTP反向代理和负载均衡器的功能,从而简化了微服务的部署。此外,Traefik对Docker、Marathon、Consul、Kubernetes、Amazon ECS等系统和环境都提供了强大的支持。



Traefik对于诸如Kubernetes之类的灵活性较强的系统十分有用。在Kubernetes中,每天需要多次添加、删除或升级服务,而Traefik可以监听服务镜像仓库/编排器 API并立即生成或更新路由,因此你的微服务无需手动配置即可与外界连接。

除此之外,Traefik支持多个负载均衡算法、Let’s Encrypt的HTTPS(支持通配证书)、断路器、WebSoket、GRPC和多个监控程序(Rest、Prometheus、Statsd、Datadog、InfluxDB等)。有关Traefik中可用功能的更多信息,请参考其官方文档:

https://docs.traefik.cn/

Ingress 资源

在教程开始之前,我们先来简单地讨论一下Ingress资源是如何工作的。以下是隐式使用Nginx Ingress Controller的Ingress示例。
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: ingress-example
annotations:
nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
rules:
- http:
  paths:
  - path: /microservice1
    backend:
      serviceName: test
      servicePort: 80


以上Ingress manifest 包含了一系列HTTP规则,它们用于规定controller如何路由流量。

可选主机。如果未指定主机(如上所示),则该规则适用于通过指定IP地址的所有入站HTTP流量。如果提供了主机(如yourhost.com),则该规则仅适用于该主机。

一个路径列表(如,/microservice1),它指向由serviceNameservicePort定义的关联后端。

一个后端。向Ingress发出的HTTP(和HTTPS)请求将与给定规则的主机和路径匹配,然后将其路由到该规则中指定的后端服务。

在以上例子中,我们配置了一个名为”test“的后端,它将接收所有来自/microservice路径的流量。然而,我们也可以配置一个默认后端,它将将为任何不符合规范中路径的用户请求提供服务。同时,如果不定义任何规则,Ingress将路由所有流量到默认后端。例如:
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: test-ingress
spec:
backend:
serviceName: defaultbackend
servicePort: 80


在本例中,所有流量都被转发到默认后端中defaultbackend。现在,我们理解了Ingress 资源的基本概念,接下来我们来看看一些具体的例子。

Step 0:前期准备

如上文我们所说的,定义一个Ingress资源没有任何作用,除非你使用了Ingress Controller。在本教程中,我们在Kubernetes集群中将Traefik设置为Ingress Controller。

要完成教程,你需要进行以下准备:

  • 一个正在运行的Kubernetes集群。

  • 一个安装好的命令行工具,kubectl。并配置为与集群通信。


请注意:以下示例均假设你在本地计算上使用Minikube运行Kubernetes集群。

Step 1:启用RBAC

首先,我们需要向Traefik授予一些权限,以访问集群中运行的Pod、endpoint和服务。为此,我们将使用ClusterRoleClusterRoleBinding资源。但是,你也可以对命名空间范围内的RoleBindings使用最小特权方法。通常,如果集群的命名空间不会动态更改,并且Traefik无法监视所有集群的命名空间,那么这是首选的方法。

让我们创建一个新的ServiceAccount,为Traefik提供集群中的身份。
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: traefik-ingress
namespace: kube-system


要创建一个ServiceAccount,需要在traefik-service-acc.yaml中保存以上manifest并运行:
kubectl create -f traefik-service-acc.yaml
serviceaccount "traefik-ingress" created


接下来,让我们创建一个具有一组权限的ClusterRole,该权限将应用于Traefik ServiceAccount。通过ClusterRole,Traefik可以管理和监视集群中所有命名空间中的资源,例如服务、endpoint、secret以及Ingress。
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
name: traefik-ingress
rules:
- apiGroups:
  - ""
resources:
  - services
  - endpoints
  - secrets
verbs:
  - get
  - list
  - watch
- apiGroups:
  - extensions
resources:
  - ingresses
verbs:
  - get
  - list
  - watch


将这一规范保存到文件traefik-cr.yaml中,并运行:
kubectl create -f traefik-cr.yaml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io “traefik-ingress” created


最后,启用这些权限,我们应该将ClusterRole绑定到Traefik ServiceAccount中。使用ClusterRoleBinding manifest可以完成这一操作:
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
name: traefik-ingress
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: traefik-ingress
subjects:
- kind: ServiceAccount
name: traefik-ingress
namespace: kube-system


保存这一规范到traefik-crb.yaml中,并运行以下命令:
kubectl create -f traefik-crb.yaml
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io “traefik-ingress” created


Step 2:部署Traefik到集群

接下来,我们将部署Traefik到Kubernetes集群。官方Traefik文档支持三种类型的部署:使用Deployment对象、使用DaemonSet对象或使用Helm Chart。

在本教程中,我们将使用Deployment manifest。相比其他选项,Deployment有诸多优势。例如,它们能确保更好的可伸缩性,并为滚动更新提供良好支持。

让我们看一下 Deployment manifest:
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
name: traefik-ingress
namespace: kube-system
labels:
k8s-app: traefik-ingress-lb
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
  k8s-app: traefik-ingress-lb
template:
metadata:
  labels:
    k8s-app: traefik-ingress-lb
    name: traefik-ingress-lb
spec:
  serviceAccountName: traefik-ingress
  terminationGracePeriodSeconds: 60
  containers:
  - image: traefik
    name: traefik-ingress-lb
    ports:
    - name: http
      containerPort: 80
    - name: admin
      containerPort: 8080
    args:
    - --api
    - --kubernetes
    - --logLevel=INFO


这个Deployment将在kube-system 命名空间中创建一个Traefik副本。Traefik容器将使用此manifest中指定的端口80和8080。

将这个manifest保存到traefik-deployment.yaml文件中,并运行以下命令创建Deployment:
kubectl create -f traefik-deployment.yaml
deployment.extensions “traefik-ingress” created


现在,让我们检查一下Traefik Pod是否都成功创建了:
kubectl --namespace=kube-system get pods
NAME                         READY     STATUS    RESTARTS   AGE
....
storage-provisioner           1/1       Running   3          23d
traefik-ingress-54d6d8d9cc-ls6cs 1/1       Running   0          1m


如你所见,Deployment Controller启动了一个Traefik副本,并在正在运行,敲棒的!

Step 3:为外部访问创建NodePorts

让我们创建一个服务来从集群外部访问Traefik。为此,我们需要一个暴露两个NodePorts的服务。
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
name: traefik-ingress-service
namespace: kube-system
spec:
selector:
k8s-app: traefik-ingress-lb
ports:
- protocol: TCP
  port: 80
  name: web
- protocol: TCP
  port: 8080
  name: admin
type: NodePort


将这个manifest保存到traefik-svc.yaml,并创建服务:
kubectl create -f traefik-svc.yaml
service “traefik-ingress-service” created


现在,让我们验证该服务是否创建:
kubectl describe svc traefik-ingress-service --namespace=kube-system
Name:                     traefik-ingress-service
Namespace:                kube-system
Labels:                   <none>
Annotations:              <none>
Selector:                 k8s-app=traefik-ingress-lb
Type:                     NodePort
IP:                       10.102.215.64
Port:                     web  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
NodePort:                 web  30565/TCP
Endpoints:                172.17.0.6:80
Port:                     admin  8080/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 admin  30729/TCP
Endpoints:                172.17.0.6:8080
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>


如你所见,我们现在有两个NodePorts(webadmin),它们分别路由到Traefik Ingress Controller的80和8080容器端口。“admin” NodePort将用于访问Traefik Web UI,“web” NodePort将用于访问通过Ingress暴露的服务。

Step 4:访问Traefik

为了能在浏览器中访问Traefik Web UI,你可以使用“admin”NodePort 30729(请注意,你的NodePort值可能会有所不同)。因为我们还没有添加任何前端,所以UI此时应该是空的。

由于我们尚未给Traefik进行任何配置,因此我们会收到404的响应。
curl $(minikube ip):30565
404 page not found


Step 5 :添加Ingress 到集群

现在我们在Kubernetes集群中已经将Traefik作为Ingress Controller了。然而,我们依旧需要定义Ingress资源和暴露Traefik Web UI的服务。

首先,我们创建一个服务:
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: traefik-web-ui
namespace: kube-system
spec:
selector:
k8s-app: traefik-ingress-lb
ports:
- name: web
port: 80
targetPort: 8080


保存manifest到traefik-webui-svc.yaml中,并运行:
kubectl create -f traefik-webui-svc.yaml
service “traefik-web-ui” created


让我们验证服务是否已经创建:
kubectl describe svc traefik-web-ui --namespace=kube-system
Name:              traefik-web-ui
Namespace:         kube-system
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          k8s-app=traefik-ingress-lb
Type:              ClusterIP
IP:                10.98.230.58
Port:              web  80/TCP
TargetPort:        8080/TCP
Endpoints:         172.17.0.6:8080
Session Affinity:  None
Events:            <none>


如你所见,服务的ClusterIP是10.98.230.58,并在manifest中分配指定端口。

接下来,我们需要创建一个Ingress资源,指向Traefik Web UI后端:
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: traefik-web-ui
namespace: kube-system
spec:
rules:
- host: traefik-ui.minikube
http:
  paths:
  - path: /
    backend:
      serviceName: traefik-web-ui
      servicePort: web


本质上,Ingress将所有请求路由到traefik-ui.minikube,在上述步骤中创建的服务暴露Traefik Web UI。

将规范保存到traefik-ingress.yaml,并运行:
kubectl create -f traefik-ingress.yaml
ingress.extensions “traefik-web-ui” created


为了能够通过traefik-ui.minikube在浏览器中可以访问Traefik Web UI,我们需要添加新的条目到我们/etc/hosts文件中。该条目将包含Minikube IP和主机名。你可以通过运行minikube ip来获取minkube实例的IP地址,然后将新主机的名称保存到/etc/hosts文件中,如下所示:
echo "$(minikube ip) traefik-ui.minikube" | sudo tee -a /etc/hosts
192.168.99.100 traefik-ui.minikube


现在,你应该能够在浏览器中访问http://traefik-ui.minikube:&lt;AdminNodePort>并查看Traefik Web UI。别忘了附加”admin”NodePort到主机地址。



在dashboard中,你可以点击Health 链接来查看应用程序的健康状况:



Step 6:实现基于名称的路由

现在,我们来演示如何使用Traefik Ingress Controller为前端列表设置基于名称的路由。我们将使用简单的单页网站创建3个Deployment,并显示动物图像:熊、野兔和驼鹿。

{{{

kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
name: bear
labels:
app: animals
animal: bear
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: animals
task: bear
template:
metadata:
labels:
app: animals
task: bear
version: v0.0.1
spec:
containers:
- name: bear
image: supergiantkir/animals:bear
ports:

- containerPort: 80

kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
name: moose
labels:
app: animals
animal: moose
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: animals
task: moose
template:
metadata:
labels:
app: animals
task: moose
version: v0.0.1
spec:
containers:
- name: moose
image: supergiantkir/animals:moose
ports:

- containerPort: 80

kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
name: hare
labels:
app: animals
animal: hare
spec:
replicas: 2
selector:
matchLabels:
app: animals
task: hare
template:
metadata:
labels:
app: animals
task: hare
version: v0.0.1
spec:
containers:
- name: hare
image: supergiantkir/animals:hare
ports:
- containerPort: 80
}}}

每个Deployment都将有两个Pod副本,而每个Pod将在containerPort 80上服务“动物“网站。

让我们保存这些Deployment manifest到animals-deployment.yaml中,并运行:
kubectl create -f animals-deployment.yaml
deployment.extensions “bear” created
deployment.extensions “moose” created
deployment.extensions “hare” created


现在,让我们为每个Deployment创建一个服务,使得Pod可以访问:

{{{

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: bear
spec:
ports:
- name: http
targetPort: 80
port: 80
selector:
app: animals

task: bear

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: moose
spec:
ports:
- name: http
targetPort: 80
port: 80
selector:
app: animals

task: moose

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: hare
annotations:
traefik.backend.circuitbreaker: "NetworkErrorRatio() > 0.5"
spec:
ports:
- name: http
targetPort: 80
port: 80
selector:
app: animals
task: hare
}}}

请注意:第三项服务使用断路器annotation。断路器是Traefik的一项功能,可防止发生故障的服务器承受高负载。在本例中,我们防止服务器上的高负载超过50%。当此条件匹配时,CB进入“跳闸“状态,在该状态中它会使用预定义的HTTP状态代码进行响应或重定向到另一个前端。

保存这些服务manifest到animals-svc.yaml并运行:
kubectl create -f animals-svc.yaml
service “bear” created
service “moose” created
service “hare” created


最后,为每个Deployment创建一个有3个前后端对的Ingress。bear.minikubemoose.minikubehare.minikube将是我们指向相应后端服务的前端。

Ingress manifest如下所示:
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: animals
annotations:
kubernetes.io/ingress.class: traefik
spec:
rules:
- host: hare.minikube
http:
  paths:
  - path: /
    backend:
      serviceName: hare
      servicePort: http
- host: bear.minikube
http:
  paths:
  - path: /
    backend:
      serviceName: bear
      servicePort: http
- host: moose.minikube
http:
  paths:
  - path: /
    backend:
      serviceName: moose
      servicePort: http


保存规范到animals-ingress.yaml并运行:
kubectl create -f animals-ingress.yaml
ingress.extensions “animals” created


现在,在Traefik dashboard内,你可以看到每个主机的前端以及相应的后端列表:



如果你再次编辑etc/hosts,你应该能够在你的浏览器中访问动物网页:
echo “$(minikube ip) bear.minikube hare.minikube moose.minikube” | sudo tee -a /etc/hosts


你应该使用“web“NodePort来访问特定网页。例如,http://bear.minikube:&lt;WebNodePort>

我们也可以将三个前端重新配置为在一个域下提供服务,如下所示:
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
name: all-animals
annotations:
kubernetes.io/ingress.class: traefik
traefik.frontend.rule.type: PathPrefixStrip
spec:
rules:
- host: animals.minikube
http:
  paths:
  - path: /bear
    backend:
      serviceName: bear
      servicePort: http
  - path: /moose
    backend:
      serviceName: moose
      servicePort: http
  - path: /hare
    backend:
      serviceName: hare
      servicePort: http


如果你激活这个Ingress,使用相应的路径,三个动物在一个域下都能够访问——animals.minikube。别忘了将这个域添加到/etc/hosts
echo “$(minikube ip) animals.minikube” | sudo tee -a /etc/hosts


请注意:我们正在配置Traefik,以使用traefik.frontend.rule.type注释,从URL路径中删除前缀。这样我们可以直接使用上一个示例中的容器。由于traefik.frontend.rule.type: PathPrefixStrip规则,你必须使用http://animals.minikube:32484/moose/而不是http://animals.minikube:32484/moose

Step 7:实现流量分配

借助Traefik,用户可以使用服务权重以受控方式在多个deployment之间分配Ingress流量。这一功能可用于金丝雀发布,它最初应该获得少量但持续增长的流量。

让我们使用以下manifest在两个微服务之间分配Traefik:
apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
annotations:
traefik.ingress.kubernetes.io/service-weights: |
  animals-app: 99%
  animals-app-canary: 1%
name: animals-app
spec:
rules:
- http:
  paths:
  - backend:
      serviceName: animals-app
      servicePort: 80
    path: /
  - backend:
      serviceName: animals-app-canary
      servicePort: 80
    path: /


请注意traefik.ingress.kubernetes.io/service-weights的注释。它指定了流量如何在指定后端服务(animals-appanimals-app-canary)之间分配。Traefik将把99%的用户请求路由到animals-app deployment支持的Pod,并将1%的用户请求路由到animals-app-canary deployment支持的Pod。

要使此设置正常工作,需要满足一些条件:

  • 所有服务后端必须共享相同的路径和主机。

  • 跨服务后端共享的请求总数应总计为100%。

  • 百分比值应该在支持的精度范围内,目前Traefik支持3个小数位的权重。


总结

如你所见,Ingress是将外部流量路由到Kubernetes集群中相应后端服务的强大工具。用户可以使用Kubernetes支持的许多Ingress controller来实现Ingress。在本教程中,我们重点介绍了Traefik Ingress controller,该控制器支持基于名称的路由,负载均衡以及Ingress controller的其他常见任务。

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