为Kubernetes集群中服务部署Nginx入口服务

这段日子，一直在搞与Kubernetes有关的东东：像什么Kubernetes集群搭建、DNS插件安装和配置、集成Ceph RBD持久卷、Private Registry镜像库访问等，这些都缘于正在开发的一个类PaaS小平台的需要：“平台虽小，五脏俱全”。整个平台由Kubernetes集群承载，对于K8s集群内部的Service来说，目前还欠缺一个服务入口。之前的《Kubernetes集群中的Nginx配置热更新方案》一文实际上就是入口方案设计的一个前奏，而本文则是说明一下Nginx入口服务部署设计和实施过程中遇到的一些坑。

一、Nginx入口方案简述

Nginx作为集群入口服务，从功能上说，一般都是充当反向代理和负载均衡的角色。在我们这里它更多是用于反向代理，因为负载均衡的事情“移交”给了K8s去实现了。k8s通过ClusterIP- 一种VIP机制，默认基于iptables的负载分担实现服务请求的负载均衡（如iptable nat table的规则：-m statistic –mode random –probability 0.33332999982），查看iptables nat链的rules，可以看到如下样例：

# iptables -t nat -nL
... ...
Chain KUBE-SVC-UQG6736T32JE3S7H (2 references)
target     prot opt source               destination
KUBE-SEP-Z7UQLD332S673VAF  all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/nginx-kit: */ statistic mode random probability 0.50000000000
KUBE-SEP-TWOIACCAJCPK3HWO  all  --  0.0.0.0/0            0.0.0.0/0            /* default/nginx-kit: */
... ..

接下来，我们简单说说我们的Nginx入口方案。事先声明：这绝对不是一个理想的方案，因为它还有诸多缺陷，只是在目前平台需求上下文和资源的约束前提下，它可以作为我们的一个可用的过渡方案，方案示意图如下：

• Nginx以Kubernetes service的形式运行于K8s cluster内部，并限制只能被K8s调度到带有label: role=entry的Node上；
• 最外层，通过DNS域名的轮询机制，实现用户请求在Node这一层上的“负载均衡”；
• 访问某个NodeIP:NodePort的请求，被转发到Nginx ClusterIP: Port，并通过iptables nat的负载机制，分发到Nginx service的多个real endpoints上；
• 位于real endpoint上的Nginx程序处理用户请求，并根据配置，将请求proxy_pass到后端服务的ClusterIP:Port上，并最终由k8s实现将请求均衡分发到后端服务的endpoint。

二、Nginx入口服务部署

部署前，我们先来给运行Nginx Pod的Node打label：

# kubectl label node/10.47.136.60 role=entry
node "10.47.136.60" labeled

# kubectl label node/10.47.136.60 role=entry
node "10.47.136.60" labeled

# kubectl get nodes --show-labels
NAME            STATUS    AGE       LABELS
10.46.181.146   Ready     39d       beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=10.46.181.146,role=entry,zone=ceph
10.47.136.60    Ready     39d       beta.kubernetes.io/arch=amd64,beta.kubernetes.io/os=linux,kubernetes.io/hostname=10.47.136.60,role=entry,zone=ceph

在Nginx配置热加载方案一文中，我们提到一个nginx pod中包含三个Container：nginx、nginx-conf-generator和init container，Nginx service的yaml示例如下：

//nginx-kit.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-kit
spec:
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx-kit
      annotations:
        pod.beta.kubernetes.io/init-containers: '[
          {
               "name": "nginx-kit-init-container",
               "image": "registry.cn-beijing.aliyuncs.com/xxxx/nginx-conf-generator",
               "imagePullPolicy": "IfNotPresent",
               "command": ["/root/conf-generator/nginx-conf-gen", "-mode", "gen-once"],
               "volumeMounts": [
                   {
                      "name": "conf-volume",
                      "mountPath": "/etc/nginx/conf.d"
                   }
               ]
          }
        ]'
    spec:
      containers:
      - name: nginx-conf-generator
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/nginx/conf.d
          name: conf-volume
        image: registry.cn-beijing.aliyuncs.com/xxxx/nginx-conf-generator:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
      - name: xxxx-nginx
        volumeMounts:
        - mountPath: /etc/nginx/conf.d
          name: conf-volume
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xxxx/nginx:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        command: ["/home/auto-reload-nginx.sh"]
        ports:
        - containerPort: 80
      volumes:
      - name: conf-volume
        emptyDir: {}
      nodeSelector:
        role: entry
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-kit
  labels:
    run: nginx-kit
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 80
    nodePort: 28888
    protocol: TCP
  selector:
    run: nginx-kit

关于这个yaml，有几点我们是必须要说说的：

1、关于init container

通过上述yaml文件内容，我们可以看到init container和nginx-conf-generator container都是基于同一镜像创建的，只是工作mode不同罢了。在deployment描述文件中，init container的描述需要放在deployment.spec.template.metadata下面，而不是deployment的metadata下面。如果按照后者编写，那么init container将不会被创建和启动，nginx container启动后也就会提示：找不到”default.conf”。

另外，虽然源自同一个image，但init container启动时却提示在$PATH里找不到名为”-mode”的可执行程序，显然init container中的ENTRYPOINT并不起作用，nginx-conf-generator的Dockerfile节选如下：

//Dockerfile
From ubuntu:14.04
... ...
ENTRYPOINT ["/root/conf-generator/nginx-conf-gen"]

为此我们在init container的”command”命令参数中增加了可执行程序全路径以供container执行：

 "command" : ["/root/conf-generator/nginx-conf-gen", "-mode", "gen-once"],

最后，通过上面yaml文件创建nginx-kit服务依旧要用kubectl apply，而不是kubectl create，否则init container不会被理会。

2、关于nginx conf模板

由于种种原因，当前我们是通过server host的location path来映射后端cluster中的不同Service的，nginx default.conf模板如下：

server {
    listen 80;
    #server_name opp.neusoft.com;

    {{range .}}
    location {{.Path}} {
        proxy_pass http://{{.ClusterIP}}:{{.Port}}/;
        proxy_redirect off;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
    {{end}}

    #error_page  404              /404.html;

    # redirect server error pages to the static page /50x.html
    #
    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
        root   /usr/share/nginx/html;
    }
}

这里要注意的是proxy_pass directive后面值的写法，如果你选择这样写：

proxy_pass http://{{.ClusterIP}}:{{.Port}};

那么当访问某个路径时，比如：localhost/volume/api/v1/pools时，nginx后端的Service收到的url访问路径将是：/volume/api/v1/pools，volume这个location path并不能被去除，后端的Service在做路由匹配时基本都是会出错的。fix的方法是赋予proxy_pass directive下面这样的值：

proxy_pass http://{{.ClusterIP}}:{{.Port}}/;

没错，在最后加上一个”/”，这样nginx所反向代理的Service将会收到/api/v1/pools这样的访问URl路径。

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