Kubernetes中负载均衡功能简介

Kubernetes 作为容器编排平台，对于解决许多企业采用微服务带来的问题至关重要。公司越来越多地使用微服务跨多个平台管理大量小型容器，如果网络管理和资源分配管理不当，可能会导致性能问题。然而，当可扩展性和可用性得到成功管理时，这些问题就不再是一个问题。

负载平衡对于充分利用 Kubernetes 至关重要。负载平衡不仅可以保护用户免受无响应的服务和应用程序的影响，而且还可以充当服务器和客户端集合之间的隐形中介，确保及时处理连接请求。

本文将介绍负载均衡的基础知识、其优点以及如何将其与 Kubernetes 集成。您还将学习如何在 Kubernetes 设置中正确管理请求。

Kubernetes 中的负载均衡是什么？
在高峰时段，网站和业务应用程序必须处理许多查询。此外，企业将负担分散到多个服务器上以满足这一需求。除了成本优势之外，它还可以在所有服务器之间均匀分配需求。这种负载平衡可以防止单个服务器宕机。由于业务和用户需求，当前所有应用程序都无法在没有它的情况下运行。Kubernetes 中的负载均衡是在 Kubernetes 集群中运行容器化应用程序的重要组成部分。Kubernetes 是一种开源容器编排技术，可自动执行容器化应用程序部署、扩展和管理。Kubernetes 中的负载平衡具有类似的目的，确保流量均匀分布在执行应用程序的众多容器或 Pod 中。

服务器可能位于现场、云端或数据中心。它们可以是虚拟的、物理的或两者的组合。为了实现这一目标，负载平衡必须跨多个平台运行。在任何情况下，您都必须最大限度地提高产量，同时最大限度地缩短响应时间。

将负载平衡视为“交通警察”操作。在本例中，“交通警察”在所有服务器之间路由传入请求和数据。在这种情况下，“警察”保证没有任何一台服务器超负荷工作，并将秩序恢复到原本混乱的场景。如果服务器出现故障，负载均衡器会立即重定向流量。当您将新服务器添加到池中时，负载均衡器会自动分配其资源。为此，自动负载平衡器可确保您的系统在升级和维护过程中保持运行。

负载均衡的优点
现在您已经熟悉了负载平衡的基本原理，让我们看看它的优点。

高可用性：负载平衡可确保即使某些服务器或资源出现故障，您的应用程序和服务也能继续运行。它通过将传入流量分配到不同的服务器或资源来降低由于硬件故障或其他问题而导致的停机风险。

支持高峰时段的流量：负载均衡器可以有效地处理高峰时段增加的流量。它们将传入请求分散到众多服务器上，防止任何单个服务器负担过重，并确保快速响应用户需求。

当推出新功能或升级时，负载平衡允许您将部分流量路由到新版本（金丝雀版本），同时将大部分流量保持在稳定版本上。
蓝色或绿色版本：在不同的上下文中执行应用程序的不同版本时，负载平衡至关重要（例如，蓝色表示当前版本，绿色表示新版本）。它可以帮助您在各种设置之间平稳地转换流量，最大限度地减少传输过程中系统范围内的速度下降。

负载平衡可确保迁移基础设施或交换平台时的平稳过渡。它允许您逐步将流量转移到新的基础设施，而不会中断服务。
预测分析：负载均衡器中经常包含监控和分析功能。它们可以监控用户流量模式和性能指标，使您能够根据实时信息做出明智的决策。您可以主动使用预测分析来更改负载平衡配置，以应对不断变化的流量。

维护任务的灵活性：在日常维护或更新期间，负载均衡器可以将用户流量重定向到正在服务的服务器上。这减少了服务中断和停机时间，允许用户在维护活动完成时继续使用您的服务。

负载平衡是现代 IT 基础设施的重要组成部分，提供各种优势，例如提高可用性、可扩展性和灵活性。它对于提供一致的用户体验以及应用程序和服务的平稳运行至关重要，特别是在动态和高需求的环境中。

外部负载均衡
负载均衡是控制流量、保证 Kubernetes 应用程序可用性和稳定性的重要组成部分。Kubernetes 包含多种方法来平衡暴露于外部连接的服务的负载。让我们回顾一下 Kubernetes 负载均衡中的重要短语和概念：

Service： Kubernetes 服务将一组 Pod 聚合在一个通用名称下，并提供一致的 IP 地址。它们充当外部客户的入口点，将流量分散到整个服务的 Pod 中。在 Kubernetes 中，服务是负载平衡的关键组成部分。

Pod： Pod 是 Kubernetes 最小的可部署单元，代表同一网络命名空间中的一个或多个容器。Pod 隔离特定于应用程序的环境，使其成为微服务部署的理想选择。每个 Pod 都有其 IP 地址并容纳应用程序容器。

LoadBalancer： Kubernetes 中的 LoadBalancer 服务类型允许您将服务直接公开到互联网。它通常与云提供商负载均衡器交互，将传入流量分配到服务的 Pod。该服务为外部通信提供稳定的端点，支持TCP、gRPC、HTTP、UDP等协议。

Ingress：Ingress入口是一种更高级别的资源，充当 HTTP 和 HTTPS 流量的智能路由器。入口资源指定流量路由规则并提供 SSL 终止、基于名称的虚拟托管和基于路径的路由等服务。Ingress 控制器（例如 Nginx、HAProxy 或 Traefik）将 Ingress 资源中定义的规则付诸实践。

Ingress Controller： Ingress Controller 是一个 Kubernetes 集群组件，它实现 Ingress 资源中设置的规则。它将这些规则转换为所选负载均衡软件（例如 Nginx）的配置设置，以按照已建立的路由规则管理流量。

Ingress入口规则：入口资源是管理外部用户如何访问服务的规则。这些规则中包含基于路径的路由、基于主机的路由、SSL/TLS 终止和其他自定义选项。Ingress 提供比基本 LoadBalancer 服务更细粒度的负载平衡控制。

Service Mesh服务网格：服务网格是一个网络基础设施层，用于管理 Kubernetes 集群中微服务之间的通信。本文没有直接讨论这个问题。服务网格（例如 Istio 或 Linkerd）为微服务提供复杂的功能，例如负载平衡、流量管理、安全性和可观察性。

综上所述，根据您应用的具体需求，Kubernetes 支持多种负载均衡方式，例如 LoadBalancer 服务、Ingress 资源等。了解这些原则以及它们如何交互对于正确处理外部流量和维护基于 Kubernetes 的应用程序的可扩展性和可靠性至关重要。

使用服务网格进行负载平衡
服务网格有助于管理所有服务到服务的通信。在您的场景中，您可以利用它来监视数据，因为它位于处理每个请求的关键路径上。

服务网格可以帮助您管理集群内的流量。换句话说，它添加了一个新进程来处理应用程序的负载平衡请求。在服务网格方面，它们检查协议并自动发现IP地址服务。服务网格（如 gRPC）检查连接。

负载平衡算法：服务网格内的负载平衡不是偶然操作。使用复杂的算法。这些算法的功能类似于交通控制器，分析
数据吞吐量并就整个网络的路由流量做出明智的决策。主要目标是保证请求的分布式、均衡性和高效性。

弹性和容错：服务网格也是您在弹性和容错方面的安全网。它足够智能，可以识别不健康的资源，并做出实时决策，减缓或重新路由流量远离这些位置。这种主动的负载平衡方法可确保您的服务保持弹性和响应能力。这类似于拥有一个智能流量控制器，可以动态地重新路由流量以保持系统平稳运行。

降低风险：网络负载不平衡是一个很大的风险，可能会导致系统停机。这就是服务网格发挥作用来帮助限制危险的地方。它通过仔细控制流量并不断改变路径来减少任何单个组件过载的机会，从而提高系统的整体稳定性。

服务网格使用的策略
现在，让我们看看服务网格用于负载平衡的一些策略类型。这些策略对于优化系统性能至关重要：

• 循环：此策略在健康实例之间均匀分配请求，确保公平的负载分配。
• 最少连接：它将流量路由到活动连接最少的实例，从而优化资源效率。
• 加权路由：此策略允许您为实例设置不同的权重并控制每个实例接收的流量比例。
• 断路器：一种关键的弹性策略，通过暂时限制不健康实例的流量直到它们恢复来防止级联故障。
• 重试和超时策略：这些策略定义服务网格如何处理不成功的请求，允许重试，同时对响应能力施加超时限制。

负载均衡策略
让我们看一下负载平衡的三个关键规则，每个规则都有其独特的智能、高效控制流量分配的方式。考虑以下三种类型的政策：

• Round Robin：Round Robin可以被认为是一场传球友谊赛。这是在服务器之间均匀分配传入流量的默认策略。将其视为回合游戏：每个服务器按照列表中出现的顺序获得回合。Round Robin循环法是许多企业的首选方法，特别是在服务器性能相似的情况下。
• Least Connection：将此策略想象为交通警察将汽车引导至最不拥挤的路径。这是一种动态策略，其中传入流量被智能地路由到具有最少活动连接的后端服务器。这可以保证连接在所有后端服务器上均匀分布，从而防止任何单个服务器负担过重。
• IP Hash：此策略类似于保留停车位。IP 哈希使用传入请求的源 IP 地址作为唯一密钥来确定哪个后端服务器应处理客户端的请求。这很有用，因为它确保来自同一客户端的请求始终路由到同一后端服务器（只要该后端服务器可用）。
• Consistent Hashing (Ring Hash)一致性哈希（环哈希）：一致性哈希使用哈希密钥来分发连接。由于它将负载平衡与持久性结合在一起，而无需在添加或删除服务器时重新计算整个哈希表，因此它非常适合对具有动态内容的缓存服务器进行负载平衡。
• Fastest Response（加权响应时间）：此技术以最短响应时间（按第一个字节的时间来衡量）将新连接路由到服务器。对于临时连接和不同功能的服务器来说非常方便。
• Fewest Servers：容纳当前客户端负载所需的最少服务器数量。多余的服务器可以暂时关闭或取消配置。当虚拟计算机产生费用时（例如托管环境），它非常有用。

结论
在 Kubernetes 的世界里，定制是必不可少的。您不必受限于预设的流量管理规则。您可以根据自己的需求定制 Kubernetes 基础设施，从而设计出一套强大的解决方案，最大限度地减少服务器停机时间并简化维护工作。