實操教程丨如何在K8S集羣中部署Traefik Ingress Controller

注：本文使用的Traefik爲1.x的版本

在生產環境中，咱們經常須要控制來自互聯網的外部進入集羣中，而這恰巧是Ingress的職責。

Ingress的主要目的是將HTTP和HTTPS從集羣外部暴露給該集羣中運行的服務。這與Ingress控制如何將外部流量路由到集羣有殊途同歸之妙。接下來，咱們舉一個實際的例子來更清楚的說明Ingress的概念。

首先，想象一下在你的Kubernetes集羣中有若干個微服務（小型應用程序之間彼此通訊）。這些服務可以在集羣內部被訪問，但咱們想讓咱們的用戶從集羣外部也可以訪問它們。所以，咱們須要作的是使用反向代理將每一個HTTP（S）（例如，service.yourdomain.com）路由與相應的後端關聯，並在該服務的不一樣實例之間（如，pod）進行負載均衡。與此同時，因爲Kubernetes的性質會不斷髮生變化，所以咱們但願跟蹤服務後端的更改，以便可以在添加或刪除新Pod時將這些HTTP路由從新關聯到新Pod實例。

使用Ingress資源和關聯的Ingress Controller，你能夠實現如下目標：

• 將你的域app.domain.com指向你的私有網絡中的微服務應用程序
• 將路徑domain.com/web指向你的私有網絡中的微服務web
• 將你的域backend.domain.com指向你的私有網絡中的微服務後端，並在該微服務的多個實例之間（Pod）進行負載均衡

如今，你理解了Ingress的重要性。它可以幫助將HTTP路由指向在Kubernetes集羣中特定的微服務。

可是，流量路由並非Ingress在Kubernetes中的惟一功能。例如，還能夠將Ingress配置爲負載均衡流量到你的應用程序、終止SSL、執行基於名稱的虛擬主機、在不一樣服務之間分配流量、設置服務訪問規則等。

Kubernetes有一個特別的Ingress API資源，它可以支持上述全部功能。可是，簡單地建立一個Ingress API資源是沒有做用的。你還須要一個Ingress Controller。目前，Kubernetes支持許多Ingress controller，如Contour、HAProxy、NGINX以及Traefik。

在本文中，我將使用Traefik Ingress Controller建立Ingress。它可以實現現代HTTP反向代理和負載均衡器的功能，從而簡化了微服務的部署。此外，Traefik對Docker、Marathon、Consul、Kubernetes、Amazon ECS等系統和環境都提供了強大的支持。

Traefik對於諸如Kubernetes之類的靈活性較強的系統十分有用。在Kubernetes中，天天須要屢次添加、刪除或升級服務，而Traefik能夠監聽服務鏡像倉庫/編排器 API並當即生成或更新路由，所以你的微服務無需手動配置便可與外界鏈接。

除此以外，Traefik支持多個負載均衡算法、Let’s Encrypt的HTTPS（支持通配證書）、斷路器、WebSoket、GRPC和多個監控程序（Rest、Prometheus、Statsd、Datadog、InfluxDB等）。有關Traefik中可用功能的更多信息，請參考其官方文檔：

https://docs.traefik.cn/

Ingress 資源

在教程開始以前，咱們先來簡單地討論一下Ingress資源是如何工做的。如下是隱式使用Nginx Ingress Controller的Ingress示例。

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-example
  annotations:
    nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:
  rules:
  - http:
      paths:
      - path: /microservice1
        backend:
          serviceName: test
          servicePort: 80

以上Ingress manifest 包含了一系列HTTP規則，它們用於規定controller如何路由流量。

可選主機。若是未指定主機（如上所示），則該規則適用於經過指定IP地址的全部入站HTTP流量。若是提供了主機（如yourhost.com），則該規則僅適用於該主機。

一個路徑列表（如，/microservice1），它指向由serviceName和servicePort定義的關聯後端。

一個後端。向Ingress發出的HTTP（和HTTPS）請求將與給定規則的主機和路徑匹配，而後將其路由到該規則中指定的後端服務。

在以上例子中，咱們配置了一個名爲」test「的後端，它將接收全部來自/microservice路徑的流量。然而，咱們也能夠配置一個默認後端，它將將爲任何不符合規範中路徑的用戶請求提供服務。同時，若是不定義任何規則，Ingress將路由全部流量到默認後端。例如：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: test-ingress
spec:
  backend:
    serviceName: defaultbackend
    servicePort: 80

在本例中，全部流量都被轉發到默認後端中defaultbackend。如今，咱們理解了Ingress 資源的基本概念，接下來咱們來看看一些具體的例子。

Step 0：前期準備

如上文咱們所說的，定義一個Ingress資源沒有任何做用，除非你使用了Ingress Controller。在本教程中，咱們在Kubernetes集羣中將Traefik設置爲Ingress Controller。

要完成教程，你須要進行如下準備：

• 一個正在運行的Kubernetes集羣。
• 一個安裝好的命令行工具，kubectl。並配置爲與集羣通訊。

請注意：如下示例均假設你在本地計算上使用Minikube運行Kubernetes集羣。

Step 1：啓用RBAC

首先，咱們須要向Traefik授予一些權限，以訪問集羣中運行的Pod、endpoint和服務。爲此，咱們將使用ClusterRole和ClusterRoleBinding資源。可是，你也能夠對命名空間範圍內的RoleBindings使用最小特權方法。一般，若是集羣的命名空間不會動態更改，而且Traefik沒法監視全部集羣的命名空間，那麼這是首選的方法。

讓咱們建立一個新的ServiceAccount，爲Traefik提供集羣中的身份。

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: traefik-ingress
  namespace: kube-system

要建立一個ServiceAccount，須要在traefik-service-acc.yaml中保存以上manifest並運行：

kubectl create -f traefik-service-acc.yaml
serviceaccount "traefik-ingress" created

接下來，讓咱們建立一個具備一組權限的ClusterRole，該權限將應用於Traefik ServiceAccount。經過ClusterRole，Traefik能夠管理和監視集羣中全部命名空間中的資源，例如服務、endpoint、secret以及Ingress。

kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: traefik-ingress
rules:
  - apiGroups:
      - ""
    resources:
      - services
      - endpoints
      - secrets
    verbs:
      - get
      - list
      - watch
  - apiGroups:
      - extensions
    resources:
      - ingresses
    verbs:
      - get
      - list
      - watch

將這一規範保存到文件traefik-cr.yaml中，並運行：

kubectl create -f traefik-cr.yaml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io 「traefik-ingress」 created

最後，啓用這些權限，咱們應該將ClusterRole綁定到Traefik ServiceAccount中。使用ClusterRoleBinding manifest能夠完成這一操做：

kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: traefik-ingress
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: traefik-ingress
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: traefik-ingress
  namespace: kube-system

保存這一規範到traefik-crb.yaml中，並運行如下命令：

kubectl create -f traefik-crb.yaml
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io 「traefik-ingress」 created

Step 2：部署Traefik到集羣

接下來，咱們將部署Traefik到Kubernetes集羣。官方Traefik文檔支持三種類型的部署：使用Deployment對象、使用DaemonSet對象或使用Helm Chart。

在本教程中，咱們將使用Deployment manifest。相比其餘選項，Deployment有諸多優點。例如，它們能確保更好的可伸縮性，併爲滾動更新提供良好支持。

讓咱們看一下 Deployment manifest：

kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: traefik-ingress
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: traefik-ingress-lb
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      k8s-app: traefik-ingress-lb
  template:
    metadata:
      labels:
        k8s-app: traefik-ingress-lb
        name: traefik-ingress-lb
    spec:
      serviceAccountName: traefik-ingress
      terminationGracePeriodSeconds: 60
      containers:
      - image: traefik
        name: traefik-ingress-lb
        ports:
        - name: http
          containerPort: 80
        - name: admin
          containerPort: 8080
        args:
        - --api
        - --kubernetes
        - --logLevel=INFO

這個Deployment將在kube-system 命名空間中建立一個Traefik副本。Traefik容器將使用此manifest中指定的端口80和8080。

將這個manifest保存到traefik-deployment.yaml文件中，並運行如下命令建立Deployment：

kubectl create -f traefik-deployment.yaml
deployment.extensions 「traefik-ingress」 created

如今，讓咱們檢查一下Traefik Pod是否都成功建立了：

kubectl --namespace=kube-system get pods
NAME                         READY     STATUS    RESTARTS   AGE
....
storage-provisioner           1/1       Running   3          23d
traefik-ingress-54d6d8d9cc-ls6cs 1/1       Running   0          1m

如你所見，Deployment Controller啓動了一個Traefik副本，並在正在運行，敲棒的！

Step 3：爲外部訪問建立NodePorts

讓咱們建立一個服務來從集羣外部訪問Traefik。爲此，咱們須要一個暴露兩個NodePorts的服務。

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: traefik-ingress-service
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    k8s-app: traefik-ingress-lb
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      name: web
    - protocol: TCP
      port: 8080
      name: admin
  type: NodePort

將這個manifest保存到traefik-svc.yaml，並建立服務：

kubectl create -f traefik-svc.yaml
service 「traefik-ingress-service」 created

如今，讓咱們驗證該服務是否建立：

kubectl describe svc traefik-ingress-service --namespace=kube-system
Name:                     traefik-ingress-service
Namespace:                kube-system
Labels:                   <none>
Annotations:              <none>
Selector:                 k8s-app=traefik-ingress-lb
Type:                     NodePort
IP:                       10.102.215.64
Port:                     web  80/TCP
TargetPort:               80/TCP
NodePort:                 web  30565/TCP
Endpoints:                172.17.0.6:80
Port:                     admin  8080/TCP
TargetPort:               8080/TCP
NodePort:                 admin  30729/TCP
Endpoints:                172.17.0.6:8080
Session Affinity:         None
External Traffic Policy:  Cluster
Events:                   <none>

如你所見，咱們如今有兩個NodePorts（web和admin），它們分別路由到Traefik Ingress Controller的80和8080容器端口。「admin」 NodePort將用於訪問Traefik Web UI，「web」 NodePort將用於訪問經過Ingress暴露的服務。

Step 4：訪問Traefik

爲了能在瀏覽器中訪問Traefik Web UI，你可使用「admin」NodePort 30729（請注意，你的NodePort值可能會有所不一樣）。由於咱們尚未添加任何前端，因此UI此時應該是空的。

因爲咱們還沒有給Traefik進行任何配置，所以咱們會收到404的響應。

curl $(minikube ip):30565
404 page not found

Step 5 ：添加Ingress 到集羣

如今咱們在Kubernetes集羣中已經將Traefik做爲Ingress Controller了。然而，咱們依舊須要定義Ingress資源和暴露Traefik Web UI的服務。

首先，咱們建立一個服務：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: traefik-web-ui
  namespace: kube-system
spec:
  selector:
    k8s-app: traefik-ingress-lb
  ports:
  - name: web
    port: 80
    targetPort: 8080

保存manifest到traefik-webui-svc.yaml中，並運行：

kubectl create -f traefik-webui-svc.yaml
service 「traefik-web-ui」 created

讓咱們驗證服務是否已經建立：

kubectl describe svc traefik-web-ui --namespace=kube-system
Name:              traefik-web-ui
Namespace:         kube-system
Labels:            <none>
Annotations:       <none>
Selector:          k8s-app=traefik-ingress-lb
Type:              ClusterIP
IP:                10.98.230.58
Port:              web  80/TCP
TargetPort:        8080/TCP
Endpoints:         172.17.0.6:8080
Session Affinity:  None
Events:            <none>

如你所見，服務的ClusterIP是10.98.230.58，並在manifest中分配指定端口。

接下來，咱們須要建立一個Ingress資源，指向Traefik Web UI後端：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: traefik-web-ui
  namespace: kube-system
spec:
  rules:
  - host: traefik-ui.minikube
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: traefik-web-ui
          servicePort: web

本質上，Ingress將全部請求路由到traefik-ui.minikube，在上述步驟中建立的服務暴露Traefik Web UI。

將規範保存到traefik-ingress.yaml，並運行：

kubectl create -f traefik-ingress.yaml
ingress.extensions 「traefik-web-ui」 created

爲了可以經過traefik-ui.minikube在瀏覽器中能夠訪問Traefik Web UI，咱們須要添加新的條目到咱們/etc/hosts文件中。該條目將包含Minikube IP和主機名。你能夠經過運行minikube ip來獲取minkube實例的IP地址，而後將新主機的名稱保存到/etc/hosts文件中，以下所示：

echo "$(minikube ip) traefik-ui.minikube" | sudo tee -a /etc/hosts
192.168.99.100 traefik-ui.minikube

如今，你應該可以在瀏覽器中訪問http://traefik-ui.minikube:<AdminNodePort>並查看Traefik Web UI。別忘了附加」admin」NodePort到主機地址。

在dashboard中，你能夠點擊Health 連接來查看應用程序的健康情況：

Step 6：實現基於名稱的路由

如今，咱們來演示如何使用Traefik Ingress Controller爲前端列表設置基於名稱的路由。咱們將使用簡單的單頁網站建立3個Deployment，並顯示動物圖像：熊、野兔和駝鹿。

---
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: bear
  labels:
    app: animals
    animal: bear
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: animals
      task: bear
  template:
    metadata:
      labels:
        app: animals
        task: bear
        version: v0.0.1
    spec:
      containers:
      - name: bear
        image: supergiantkir/animals:bear
        ports:
        - containerPort: 80
---
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: moose
  labels:
    app: animals
    animal: moose
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: animals
      task: moose
  template:
    metadata:
      labels:
        app: animals
        task: moose
        version: v0.0.1
    spec:
      containers:
      - name: moose
        image: supergiantkir/animals:moose
        ports:
        - containerPort: 80
---
kind: Deployment
apiVersion: extensions/v1beta1
metadata:
  name: hare
  labels:
    app: animals
    animal: hare
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: animals
      task: hare
  template:
    metadata:
      labels:
        app: animals
        task: hare
        version: v0.0.1
    spec:
      containers:
      - name: hare
        image: supergiantkir/animals:hare
        ports:
        - containerPort: 80

每一個Deployment都將有兩個Pod副本，而每一個Pod將在containerPort 80上服務「動物「網站。

讓咱們保存這些Deployment manifest到animals-deployment.yaml中，並運行：

kubectl create -f animals-deployment.yaml
deployment.extensions 「bear」 created
deployment.extensions 「moose」 created
deployment.extensions 「hare」 created

如今，讓咱們爲每一個Deployment建立一個服務，使得Pod能夠訪問：

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: bear
spec:
  ports:
  - name: http
    targetPort: 80
    port: 80
  selector:
    app: animals
    task: bear
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: moose
spec:
  ports:
  - name: http
    targetPort: 80
    port: 80
  selector:
    app: animals
    task: moose
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: hare
  annotations:
    traefik.backend.circuitbreaker: "NetworkErrorRatio() > 0.5"
spec:
  ports:
  - name: http
    targetPort: 80
    port: 80
  selector:
    app: animals
    task: hare

請注意：第三項服務使用斷路器annotation。斷路器是Traefik的一項功能，可防止發生故障的服務器承受高負載。在本例中，咱們防止服務器上的高負載超過50%。當此條件匹配時，CB進入「跳閘「狀態，在該狀態中它會使用預約義的HTTP狀態代碼進行響應或重定向到另外一個前端。

保存這些服務manifest到animals-svc.yaml並運行：

kubectl create -f animals-svc.yaml
service 「bear」 created
service 「moose」 created
service 「hare」 created

最後，爲每一個Deployment建立一個有3個先後端對的Ingress。bear.minikube、moose.minikube和hare.minikube將是咱們指向相應後端服務的前端。

Ingress manifest以下所示：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: animals
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: traefik
spec:
  rules:
  - host: hare.minikube
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: hare
          servicePort: http
  - host: bear.minikube
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: bear
          servicePort: http
  - host: moose.minikube
    http:
      paths:
      - path: /
        backend:
          serviceName: moose
          servicePort: http

保存規範到animals-ingress.yaml並運行：

kubectl create -f animals-ingress.yaml
ingress.extensions 「animals」 created

如今，在Traefik dashboard內，你能夠看到每一個主機的前端以及相應的後端列表：

若是你再次編輯etc/hosts，你應該可以在你的瀏覽器中訪問動物網頁：

echo 「$(minikube ip) bear.minikube hare.minikube moose.minikube」 | sudo tee -a /etc/hosts

你應該使用「web「NodePort來訪問特定網頁。例如，http://bear.minikube:<WebNodePort>

咱們也能夠將三個前端從新配置爲在一個域下提供服務，以下所示：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: all-animals
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: traefik
    traefik.frontend.rule.type: PathPrefixStrip
spec:
  rules:
  - host: animals.minikube
    http:
      paths:
      - path: /bear
        backend:
          serviceName: bear
          servicePort: http
      - path: /moose
        backend:
          serviceName: moose
          servicePort: http
      - path: /hare
        backend:
          serviceName: hare
          servicePort: http

若是你激活這個Ingress，使用相應的路徑，三個動物在一個域下都可以訪問——animals.minikube。別忘了將這個域添加到/etc/hosts。

echo 「$(minikube ip) animals.minikube」 | sudo tee -a /etc/hosts

請注意：咱們正在配置Traefik，以使用traefik.frontend.rule.type註釋，從URL路徑中刪除前綴。這樣咱們能夠直接使用上一個示例中的容器。因爲traefik.frontend.rule.type: PathPrefixStrip規則，你必須使用http://animals.minikube:32484/moose/ 而不是http://animals.minikube:32484/moose

Step 7：實現流量分配

藉助Traefik，用戶可使用服務權重以受控方式在多個deployment之間分配Ingress流量。這一功能可用於金絲雀發佈，它最初應該得到少許但持續增加的流量。

讓咱們使用如下manifest在兩個微服務之間分配Traefik：

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  annotations:
    traefik.ingress.kubernetes.io/service-weights: |
      animals-app: 99%
      animals-app-canary: 1%
  name: animals-app
spec:
  rules:
  - http:
      paths:
      - backend:
          serviceName: animals-app
          servicePort: 80
        path: /
      - backend:
          serviceName: animals-app-canary
          servicePort: 80
        path: /

請注意traefik.ingress.kubernetes.io/service-weights的註釋。它指定了流量如何在指定後端服務（animals-app和animals-app-canary）之間分配。Traefik將把99%的用戶請求路由到animals-app deployment支持的Pod，並將1%的用戶請求路由到animals-app-canary deployment支持的Pod。

要使此設置正常工做，須要知足一些條件：

• 全部服務後端必須共享相同的路徑和主機。
• 跨服務後端共享的請求總數應總計爲100％。
• 百分比值應該在支持的精度範圍內，目前Traefik支持3個小數位的權重。

總結

如你所見，Ingress是將外部流量路由到Kubernetes集羣中相應後端服務的強大工具。用戶可使用Kubernetes支持的許多Ingress controller來實現Ingress。在本教程中，咱們重點介紹了Traefik Ingress controller，該控制器支持基於名稱的路由，負載均衡以及Ingress controller的其餘常見任務。