目錄

Kubernetes 中 Service 的流量負載均衡模式

1. iptables 模式

工作原理

數據路徑

優點

缺點

適用場景

2. IPVS 模式

工作原理

數據路徑

優點

缺點

適用場景

兩種模式的對比

如何切換模式

啟用 IPVS 模式

驗證模式

總結

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Kubernetes 中 Service 的流量負載均衡模式

Kubernetes 的 Service 提供了一種抽象，用于將網絡流量分發到一組后端 Pod 上，實現流量的負載均衡和高可用。具體來說，Service 的流量負載均衡有兩種實現模式：

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1. iptables 模式

工作原理

• 使用 Linux 內核的 Netfilter 框架，通過 iptables 規則實現流量轉發。
• 每個 Kubernetes Service 都會對應一組 iptables 規則。
• 當請求到達 Service 的 ClusterIP 或 NodePort 時，iptables 會根據規則將流量轉發到后端 Pod。

數據路徑

1. 用戶請求到達 Kubernetes Service 的 ClusterIP。
2. iptables 根據規則匹配 Service 的 Endpoints。
3. 流量隨機轉發到某個 Pod。

優點

• 簡單可靠：iptables 是 Linux 系統中非常成熟的技術。
• 易于使用：默認配置，開箱即用。
• 無額外依賴：無需安裝額外的工具或模塊。

缺點

• 性能限制：規則數量多時性能下降（規則逐條匹配）。
• 不支持動態更新：當后端 Pod 狀態變化時，重建規則會導致短暫的流量中斷。
• 流量監控難度高：不易獲取詳細的流量分發信息。

適用場景

適合小型集群或對性能要求不高的場景。

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2. IPVS 模式

工作原理

• 基于 Linux 內核的 IP Virtual Server（IPVS）技術實現負載均衡。
• IPVS 使用 Netfilter 框架，通過在內核中構建高效的哈希表實現流量分發。
• 支持多種負載均衡算法，如輪詢 (RR)、加權輪詢 (WRR)、最少連接 (LC) 等。

數據路徑

1. 用戶請求到達 Kubernetes Service 的 ClusterIP。
2. IPVS 根據預定義的調度算法選擇后端 Pod。
3. 流量直接轉發到選定的 Pod。

優點

• 性能高效：基于內核實現，比 iptables 更快。
• 擴展性強：支持更多的負載均衡算法（如源地址散列、目標地址散列等）。
• 動態更新：后端 Pod 狀態變化時，可以快速更新規則，避免流量中斷。
• 可觀測性：使用工具（如 ipvsadm）可以直接查看流量分發信息。

缺點

• 依賴內核模塊：需要加載 IPVS 相關內核模塊。
• 配置較復雜：需要手動啟用和配置。

適用場景

適合大規模集群或對負載均衡性能要求較高的場景。

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兩種模式的對比

特性	iptables 模式	IPVS 模式
性能	中等	高效
負載均衡算法	隨機	輪詢、加權輪詢、最少連接等
動態更新	延遲更新，可能中斷流量	快速更新，無中斷
規則處理	順序匹配規則	哈希表處理，性能更優
依賴性	無需額外模塊	需加載 IPVS 相關模塊
監控工具	不支持直接監控	支持 ipvsadm 查看狀態
適用場景	小型集群，默認使用	大規模集群，高性能要求

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如何切換模式

啟用 IPVS 模式

1. 確保節點支持 IPVS 模塊：

   lsmod | grep ip_vs
   

   如果未加載，手動加載：

   modprobe ip_vs
   modprobe ip_vs_rr
   modprobe ip_vs_wrr
   modprobe ip_vs_sh
   

2. 編輯 kube-proxy 配置：

   kubectl -n kube-system edit configmap kube-proxy
   

   設置 proxy-mode 為 ipvs：

   apiVersion: kubeproxy.config.k8s.io/v1alpha1
   kind: KubeProxyConfiguration
   mode: "ipvs"
   

3. 重啟 kube-proxy：

   kubectl -n kube-system delete pod -l k8s-app=kube-proxy
   

驗證模式

檢查 kube-proxy 的模式：

kubectl -n kube-system get configmap kube-proxy -o yaml

查看 IPVS 規則：

ipvsadm -Ln

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總結

• iptables 模式 是 Kubernetes 的默認模式，簡單易用，適合小規模集群。
• IPVS 模式 性能更高，支持多種負載均衡算法，適合大規模、高并發場景。
• 根據集群規模和性能需求選擇合適的模式，同時注意 IPVS 模式需要額外的配置和依賴支持。