Kubernetes如何在Linux上实现负载均衡

Kubernetes在Linux上的负载均衡实现路径

在Linux上，Kubernetes的负载均衡通常分为三层：内核数据面的Service代理模式（iptables/IPVS）、面向外部访问的Service: LoadBalancer与Ingress，以及在裸金属或私有环境中提供LoadBalancer能力的MetalLB等方案。整体关系如下：

• 内核数据面：由每个节点的kube-proxy将Service的虚拟IP映射到后端Pod，支持iptables与高性能的IPVS两种实现。
• 外部四层入口：使用Service type=LoadBalancer对外暴露，公有云通常自动分配外部IP；私有环境可配合MetalLB分配地址。
• 外部七层入口：使用**Ingress Controller（如Nginx Ingress）**统一暴露HTTP/HTTPS路由与TLS终止。

一、内核数据面负载均衡 iptables 与 IPVS

• 原理与差异
  • iptables：通过内核Netfilter规则做DNAT与连接跟踪，规则多时性能下降，但兼容性好。
  • IPVS：基于Linux内核IPVS模块，支持多种调度算法（如rr、lc、dh、sh、sed、nq），在高并发下吞吐与可扩展性更优。
• 启用IPVS（示例）
  1. 安装管理工具
     • CentOS/RHEL：sudo yum install -y ipvsadm
  2. 切换kube-proxy为IPVS
     • kubectl edit cm kube-proxy -n kube-system
     • 设置：mode: “ipvs”，按需开启strictARP: true
  3. 重启kube-proxy生效
     • kubectl delete pod -l k8s-app=kube-proxy -n kube-system
  4. 验证
     • ipvsadm -Ln 应能看到kube-ipvs0及Service对应的虚拟服务与后端Pod。

二、Service类型与典型用法

• 常用类型与场景
  • ClusterIP：集群内部访问的虚拟IP，默认提供负载均衡到后端Pod。
  • NodePort：在每个节点开放静态端口，外部可通过任意节点IP:NodePort访问。
  • LoadBalancer：面向外部四层入口；公有云自动分配外部IP；私有环境可结合MetalLB提供地址分配与对外通告。
  • ExternalName：为外部服务创建CNAME映射，无负载均衡能力。
• 示例Service（LoadBalancer）
  • apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: lb-svc spec: selector: app: myapp ports: - protocol: TCP port: 80 targetPort: 80 type: LoadBalancer
  • 公有云：kubectl get svc lb-svc 将出现EXTERNAL-IP；私有环境配合MetalLB分配地址池中的IP。

三、私有环境 LoadBalancer 方案 MetalLB

• 适用场景：裸金属、虚拟机或任何不提供云厂商LB的环境。
• 部署与配置
  1. 部署MetalLB组件（controller与speaker）
     • kubectl apply -f metallb.yaml
  2. 配置地址池（示例为二层模式）
     • apiVersion: v1 kind: ConfigMap metadata: namespace: metallb-system name: config data: config: | address-pools: - name: default protocol: layer2 addresses: - 172.25.52.100-172.25.52.200
     • kubectl apply -f configmap.yaml
  3. 创建Service(type=LoadBalancer)后，MetalLB将分配地址池中的IP作为EXTERNAL-IP。

四、七层路由与 Ingress

• 适用场景：基于域名/路径的HTTP/HTTPS路由、TLS终止、限流、鉴权等。
• 部署与使用
  • 部署Nginx Ingress Controller（示例）
    • kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/ingress-nginx/controller-v1.1.1/deploy/static/provider/cloud/deploy.yaml
  • 创建Ingress资源
    • apiVersion: networking.k8s.io/v1 kind: Ingress metadata: name: example-ingress annotations: nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: / spec: rules:
      • host: example.com http: paths:
        • path: / pathType: Prefix backend: service: name: example-service port: number: 80
    • 将域名解析到Ingress Controller的Service地址（NodePort或LoadBalancer）即可对外服务。

五、会话保持与健康检查要点

• 会话保持
  • Service支持sessionAffinity: ClientIP，可将会话粘滞到同一后端Pod；可设置超时时间sessionAffinityConfig.clientIP.timeoutSeconds。
• 健康检查与可用性
  • 为Pod配置readinessProbe，只有就绪的Pod才会被加入Service后端Endpoint，避免将请求转发到未就绪实例（在iptables模式下尤为重要）。

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