Kubernetes在Ubuntu上如何实现负载均衡

在 Ubuntu 上实现 Kubernetes 负载均衡

架构与方案选型

• 在 Ubuntu 上运行 Kubernetes 时，负载均衡可按层级分为：
  • 四层：通过 Service: LoadBalancer 直接对外暴露端口，流量在节点/云负载均衡器与后端 Pod 之间转发，适合简单的对外暴露与端口转发。
  • 七层：通过 Ingress（如 Nginx Ingress Controller）统一入口，基于 Host/Path 做路由、TLS 终止、限流等高级能力，适合多服务统一接入与灰度发布。
  • 数据面加速：在节点上启用 IPVS 作为 kube-proxy 的负载均衡模式，替代默认的 iptables，在高并发下具备更好的吞吐与调度算法支持（如 rr/wrr/sh）。

快速上手步骤

• 前提：已准备好 Kubernetes 集群（如 kubeadm/Minikube/Kind），并可用 kubectl 操作。
• 四层负载均衡（Service: LoadBalancer）
  1. 部署示例应用

  kubectl create deployment webapp --image=nginx:latest --replicas=3
  kubectl expose deployment webapp --port=80 --target-port=80 --type=LoadBalancer
  

  1. 获取外部地址并访问

  kubectl get svc webapp
  # 输出示例：webapp   LoadBalancer   10.96.123.45   203.0.113.10   80:31234/TCP
  curl http://203.0.113.10
  

• 七层负载均衡（Ingress）
  1. 部署 Ingress Controller（以 Nginx 为例）

  kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.1.0/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml
  

  1. 创建应用 Service（同上）
  2. 配置 Ingress 路由

  apiVersion: networking.k8s.io/v1
  kind: Ingress
  metadata:
    name: webapp-ingress
    annotations:
      nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
  spec:
    rules:
    - http:
        paths:
        - path: /webapp
          pathType: Prefix
          backend:
            service:
              name: webapp
              port:
                number: 80
  

  应用并检查地址：

  kubectl apply -f ingress.yaml
  kubectl get ingress
  # 使用返回的 ADDRESS 访问：curl http://<
      ADDRESS>
      /webapp
  

• 说明
  • 在本地/裸金属环境，LoadBalancer 类型的 Service 可能需配合 MetalLB 等实现分配外部 IP；在公有云上会自动对接云厂商的负载均衡器。

在 Ubuntu 节点启用 IPVS 提升转发性能

• 安装工具与加载内核模块

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y ipvsadm ipset
sudo modprobe -- ip_vs ip_vs_rr ip_vs_wrr ip_vs_sh

• 配置 kube-proxy 使用 IPVS（示例 ConfigMap）

apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
kind: KubeProxyConfiguration
mode: "ipvs"
# 可选：调度算法
# scheduler: "rr"

• 应用并重启 kube-proxy（按你的部署方式调整，如 DaemonSet 滚动更新或 systemd 重启）

# 如使用 kubeadm，常见路径为 /etc/kubernetes/manifests/kube-proxy.yaml
# 修改后等待 kube-proxy Pod 重启生效
kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=kube-proxy
ipvsadm -Ln  # 验证规则是否已生成

• 提示
  • 确保节点内核启用 ip_vs 相关模块，且 kube-proxy 配置为 mode: ipvs；集群内 Service 的 ClusterIP/NodePort 流量将由 IPVS 进行分发。

常见问题与排查

• Service 的 External-IP 长时间处于 ：本地/裸金属环境未部署 MetalLB 等 LoadBalancer 实现；公有云会自动分配。
• Ingress 无法访问：确认 Ingress Controller 已就绪（Pod Running、Service 有外部地址），以及域名/路径与后端 Service 端口匹配。
• IPVS 未生效：检查节点是否加载 ip_vs 模块、kube-proxy 是否为 ipvs 模式，并用 ipvsadm -Ln 查看是否存在虚拟服务与真实服务器条目。

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