K8s Ingress Controller 深度解析：原理、配置与流量管理实战

作为一名后端开发，你肯定遇到过这样的场景：辛辛苦苦用 K8s 部署了一堆服务，结果外部用户根本访问不到！这时候，Ingress Controller 就如同救星般出现，帮你打通 K8s 集群与外部世界的桥梁。今天，咱们就来深入聊聊 Ingress Controller，从原理到配置，再到实际应用，让你彻底掌握它。

什么是 Ingress？它和 Ingress Controller 有什么关系？

首先，我们要搞清楚 Ingress 和 Ingress Controller 之间的关系。Ingress 就像一张路由规则表，它定义了外部请求如何转发到 K8s 集群内部的服务。而 Ingress Controller 则是这张表的执行者，它负责监听 Ingress 规则的变化，并根据这些规则配置底层的负载均衡器，从而实现流量的转发。

你可以把 Ingress 比作交通规则，Ingress Controller 比作交警。交通规则定义了车辆行驶的路线，而交警则负责指挥交通，确保车辆按照规则行驶。

简单来说：

• Ingress: 定义流量如何进入集群的规则。
• Ingress Controller: 实现这些规则的具体组件。

没有 Ingress Controller，Ingress 规则就只是一堆 YAML 文件，没有任何实际作用。只有部署了 Ingress Controller，Ingress 规则才能生效，外部流量才能正确地路由到 K8s 集群内部的服务。

为什么要使用 Ingress Controller？

你可能会问，K8s 不是已经有 Service 了吗？为什么还需要 Ingress Controller 呢？

Service 主要用于集群内部的服务发现和负载均衡。如果你想让外部流量访问到你的服务，通常需要将 Service 的类型设置为 LoadBalancer 或 NodePort。但是，这两种方式都有一些缺点：

• LoadBalancer: 每创建一个 LoadBalancer 类型的 Service，K8s 都会向云服务商申请一个负载均衡器。这会增加你的成本，而且负载均衡器的数量是有限制的。
• NodePort: NodePort 会在每个 Node 节点上开放一个端口，外部流量可以通过 NodeIP:NodePort 的方式访问到你的服务。但是，这种方式不够灵活，而且暴露了 Node 节点的 IP 地址，存在安全风险。

而 Ingress Controller 可以很好地解决这些问题。它只需要一个外部负载均衡器，就可以管理多个 Service 的外部访问。你可以通过配置 Ingress 规则，将不同的域名或路径映射到不同的 Service 上。这样，你就可以用一个负载均衡器，对外提供多个服务，大大节省了成本。

此外，Ingress Controller 还提供了更多的功能，例如：

• SSL termination: 在 Ingress Controller 上配置 SSL 证书，可以实现 HTTPS 加密，保护用户的数据安全。
• Name-based virtual hosting: 可以根据不同的域名，将流量路由到不同的 Service 上。
• Path-based routing: 可以根据不同的 URL 路径，将流量路由到不同的 Service 上。
• Load balancing: 可以对后端服务进行负载均衡，提高服务的可用性和性能。

常见的 Ingress Controller 实现

目前有很多 Ingress Controller 的实现，常见的有：

• NGINX Ingress Controller: 基于 Nginx，功能强大，配置灵活，社区活跃。
• Traefik: 云原生 Ingress Controller，易于配置，支持自动发现。
• HAProxy Ingress Controller: 基于 HAProxy，性能优异，稳定性高。
• Contour: 基于 Envoy，高性能，可扩展，适用于大型集群。

选择哪个 Ingress Controller，取决于你的具体需求和技术栈。如果你对 Nginx 比较熟悉，可以选择 NGINX Ingress Controller。如果你追求易用性，可以选择 Traefik。如果你需要高性能和可扩展性，可以选择 Contour。

在本文中，我们将以 NGINX Ingress Controller 为例，介绍 Ingress Controller 的配置和使用。

NGINX Ingress Controller 的安装与配置

1. 安装 NGINX Ingress Controller

你可以通过 Helm 或 YAML 文件安装 NGINX Ingress Controller。这里我们以 Helm 为例：

helm repo add ingress-nginx https://kubernetes.github.io/ingress-nginx
helm repo update
helm install my-nginx-ingress ingress-nginx/ingress-nginx

这条命令会在你的 K8s 集群中安装 NGINX Ingress Controller。安装完成后，你可以通过以下命令查看 Ingress Controller 的状态：

kubectl get pods -n ingress-nginx

如果所有的 Pod 都处于 Running 状态，说明 Ingress Controller 已经成功安装。

2. 配置 Ingress 规则

接下来，我们需要创建一个 Ingress 规则，定义外部请求如何转发到 K8s 集群内部的服务。假设我们有两个 Service：web-app 和 api-server。我们希望将域名 example.com 上的流量，按照以下规则进行转发：

• 访问 example.com/web 的流量，转发到 web-app Service。
• 访问 example.com/api 的流量，转发到 api-server Service。

我们可以创建一个如下的 Ingress 规则：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /web
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web-app
            port:
              number: 80
      - path: /api
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-server
            port:
              number: 80

这个 YAML 文件定义了一个名为 my-ingress 的 Ingress 规则。rules 字段定义了流量转发的规则。host 字段指定了域名，paths 字段指定了 URL 路径。backend 字段指定了后端 Service 的名称和端口。

需要注意的是，nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: / 这个 annotation 的作用是将请求的 URL 路径重写为 /。这是因为我们的 web-app 和 api-server Service 可能只监听根路径 /。如果不进行重写，请求可能会因为找不到对应的路径而失败。

保存这个 YAML 文件，并使用以下命令创建 Ingress 规则：

kubectl apply -f my-ingress.yaml

3. 配置 DNS

最后，我们需要将域名 example.com 解析到 Ingress Controller 的外部 IP 地址。你可以通过以下命令获取 Ingress Controller 的外部 IP 地址：

kubectl get service -n ingress-nginx my-nginx-ingress-ingress-nginx-controller -o wide

找到 EXTERNAL-IP 字段，这就是 Ingress Controller 的外部 IP 地址。将域名 example.com 解析到这个 IP 地址，就可以通过域名访问你的服务了。

Ingress Controller 的高级用法

除了基本的流量转发功能，Ingress Controller 还提供了很多高级用法，可以满足更复杂的需求。

1. SSL Termination

如果你想使用 HTTPS 加密，可以在 Ingress Controller 上配置 SSL 证书。首先，你需要创建一个 Secret，存储 SSL 证书和私钥：

kubectl create secret tls my-tls-secret --key tls.key --cert tls.crt

然后，在 Ingress 规则中指定这个 Secret：

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

tls 字段指定了 SSL 证书的配置。hosts 字段指定了域名，secretName 字段指定了存储 SSL 证书的 Secret 的名称。

2. Load Balancing

Ingress Controller 可以对后端服务进行负载均衡，提高服务的可用性和性能。NGINX Ingress Controller 提供了多种负载均衡算法，例如：

• Round Robin: 轮询算法，将请求依次分配给后端服务。
• Least Connections: 最少连接算法，将请求分配给连接数最少的后端服务。
• IP Hash: IP 哈希算法，将来自同一个 IP 地址的请求分配给同一个后端服务。

你可以通过 annotation 配置负载均衡算法：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/upstream-hash-by: ip
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web-app
            port:
              number: 80

nginx.ingress.kubernetes.io/upstream-hash-by: ip 这个 annotation 指定使用 IP 哈希算法进行负载均衡。

3. Canary Deployment

Ingress Controller 还可以用于实现灰度发布（Canary Deployment）。你可以将一部分流量转发到新版本的服务，观察新版本的运行情况。如果新版本运行稳定，可以将所有流量都切换到新版本。

你可以通过 annotation 配置灰度发布的权重：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true"
    nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "20"
spec:
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: web-app
            port:
              number: 80

nginx.ingress.kubernetes.io/canary: "true" 这个 annotation 启用灰度发布。nginx.ingress.kubernetes.io/canary-weight: "20" 这个 annotation 指定将 20% 的流量转发到新版本的服务。

总结

Ingress Controller 是 K8s 集群中非常重要的一个组件，它可以帮助你实现外部流量的接入和负载均衡。通过本文的介绍，相信你已经对 Ingress Controller 的原理、配置和高级用法有了深入的了解。在实际应用中，你可以根据自己的需求选择合适的 Ingress Controller 实现，并灵活配置 Ingress 规则，从而构建稳定、高效的 K8s 集群。

希望这篇文章能帮助你更好地理解和使用 K8s Ingress Controller。如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言。