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Kubernetes Gateway API 攻略：解锁集群流量服务新维度！

發布時間：2023/11/21 windows 53 coder

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Kubernetes Gateway API 攻略：解锁集群流量服务新维度！小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

Kubernetes Gateway API 剛剛 GA，旨在改進將集群服務暴露給外部的過程。這其中包括一套更標準、更強大的 API資源，用于管理已暴露的服務。在這篇文章中，我將介紹 Gateway API 資源，并以 Istio 為例來展示這些資源是如何關聯的。通過這個示例，你將了解 Gateway API 的各個組成部分如何配合以將流量傳遞到后端服務。
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背景

允許外部與 Kubernetes 集群內的服務通信是 administrator 需要執行的最基本任務之一。Service 在 IP 層面上提供的功能十分有限，且缺乏根據應用層數據（如 DNS 主機名或 HTTP 路徑）路由流量的能力。因此 Kubernetes 提供了 Ingress API 來實現應用層路由。
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然而，Ingress API 有一些限制。Ingress2gateway 的公告[1]清楚地列出了這些限制：

Ingress 側重于 HTTP 流量，因此用戶需要找到其他解決方案來處理 UDP、TCP 或其他協議。
Ingress 資源混合了基礎架構和應用程序配置，讓細粒度的基于角色的訪問控制（RBAC）的實施變得較為困難。
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第二點對于已經熟悉 Ingress 的用戶來說是最明顯的。在平臺工程中提供強大的 RBAC 是集群管理的關鍵步驟。將基礎設施組件（負載均衡器、配置等）的權限與流量路由規則的權限分開，能夠讓權限的邊界更加清晰。
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接下來我將介紹 Gateway API 如何劃分這些資源，以及它們如何最終結合在一起來路由流量。
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設置測試環境

本文使用運行 Istio 和一個示例工作負載的測試環境來檢查和理解各種 Gateway API 資源。如果你也想上手嘗試，可以復制這個環境。
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我用的是 K3s，使用 Kubernetes 集群也是類似的操作。如果選擇使用 K3s，則在安裝時不要啟用 Traefik：

$ curl -sfL https://get.k3s.io | INSTALL_K3S_EXEC="server --disable=traefik" sh -

首先，部署 Gateway API CRD（Custom Resource Definitions），并按照官方文檔安裝 Istio（https://istio.io/latest/docs/tasks/traffic-management/ingress/gateway-api/）：

# Install the CRDs
$ kubectl get crd gateways.gateway.networking.k8s.io &> /dev/null || \
  { kubectl kustomize "github.com/kubernetes-sigs/gateway-api/config/crd?ref=v0.8.0" | kubectl apply -f -; }
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/gatewayclasses.gateway.networking.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/gateways.gateway.networking.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/httproutes.gateway.networking.k8s.io created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/referencegrants.gateway.networking.k8s.io created

# Install Istio
$ istioctl install --set profile=minimal -y
? Istio core installed
? Istiod installed
? Installation complete
Made this installation the default for injection and validation.

接下來創建一個簡單的工作負載，比如一個 Nginx deployment ，并通過 deservice 將其暴露：

# Deployment.yaml
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      creationTimestamp: null
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:latest
        name: nginx
# Service.yaml
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx
  namespace: default
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    app: nginx
  type: ClusterIP

$ kubectl apply -f Deployment.yaml
deployment.apps/nginx created
$ kubectl apply -f Service.yaml
service/nginx created

以上就是你用來理解 Gateway API 所需的全部基礎設施。
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了解 Gateway API 資源

想要使用 Gateway API，有三種資源類型你需要明確了解：

GatewayClass
Gateway
路由資源，比如 HTTPRoute或GRPCRoute。GA 版本僅包含在 v1 通道中到 HTTPRoute。
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這些資源在標準 Ingress API 或自定義提供商負載均衡器和路由工具提供的 CRD 中以各種方式組合在一起。通過將這些資源拆分為單獨的組件，Gateway API 實現了關注點分離和強大的、細粒度的訪問控制。
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讓我們逐個了解這些資源，以了解它們之間的關系。
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了解 GatewayClass 資源

GatewayClass資源的作用與現有 Ingress API 中的 IngressClass相同，類似于 Storage API 中的 StorageClass。它定義了可以創建的 Gateway類別。通常，此資源由你的基礎架構平臺（如 EKS 或 GKE）提供。也可以由第三方的 Ingress Controller 提供，例如 Istio 或 Nginx。Istio 包含兩個 GatewayClasses：

$ kubectl get gatewayclass
NAME           CONTROLLER                    ACCEPTED   AGE
istio-remote   istio.io/unmanaged-gateway    True       19h
istio          istio.io/gateway-controller   True       19h

spec字段提供了有關實現 GatewayClass功能的 controller 的信息，它定義了整個集群使用的控制器，而 GatewayClasses 是集群范圍的資源，適用于所有命名空間。
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$ kubectl get gatewayclass istio -o yaml
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: GatewayClass
metadata:
  creationTimestamp: "2023-10-30T02:15:11Z"
  generation: 1
  name: istio
  resourceVersion: "636"
  uid: dea0bb44-5f1b-4d23-8f7f-c34f70b4603c
spec:
  controllerName: istio.io/gateway-controller
  description: The default Istio GatewayClass
status:
  conditions:
  - lastTransitionTime: "2023-10-30T02:15:11Z"
    message: Handled by Istio controller
    observedGeneration: 1
    reason: Accepted
    status: "True"
    type: Accepted

GatewayClass還可以指定傳遞給控制器的參數。這樣上游項目能夠進一步定制向集群管理員公開的配置。也就是說， GatewayClass允許集群管理員專注于將其流量暴露給外部，而不必擔心例如在底層基礎設施上如何創建負載均衡器等實現細節。
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創建 Gateway

Gateway 代表在基礎設施提供商中實例化的負載均衡器服務。它可以是一個實際的云負載均衡器，用于處理流量。也可以代表現有負載均衡器中的虛擬配置。然后通過 GatewayClass 進行抽象。Cluster operator 專注于定義必要的 Gateway 資源，無需擔心由 GatewayClass 處理的實現細節。
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Gateway 在其規范中引用了一個 GatewayClass。下面的示例使用 istio 類，并定義了一個響應端口 8080 上 *.example.com 的 HTTP 請求的單個偵聽器：

# Gateway.yaml
---
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: Gateway
metadata:
  name: tutorial-gw
  namespace: default
spec:
  gatewayClassName: istio
  listeners:
  - name: default
    hostname: "*.example.com"
    port: 8080
    protocol: HTTP
    allowedRoutes:
      namespaces:
        from: All

使用 Istio 在創建 Gateway 時還會相應配置Deployment和 Service 來處理流量。GatewayClass 的控制器負責為 Gateway 處理所需的基礎設施或配置的設置：

$ kubectl get pods
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS        AGE
tutorial-gw-istio-65bfccf7c-45c4w   1/1     Running   2 (6m31s ago)   18h

$ kubectl get service
NAME                TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP      PORT(S)                          AGE
tutorial-gw-istio   LoadBalancer   10.43.126.90   192.168.122.10   15021:31348/TCP,8080:31728/TCP   18h

這里需要注意的是 Gateway 中沒有定義路由規則。Gateways 代表基礎設施的配置,這種分離對于實現 RBAC 至關重要。訪問控制模型允許 cluster operator 配置可用的Gateways ，讓用戶在其路由資源中引用，而無需暴露對基礎設施配置本身的訪問。
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創建路由

現有的 Ingress API 僅支持 HTTP 和 HTTPS 服務，這是一個比較大的限制。
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而新的 Gateway API 為各種入站流量類型提供通用支持。 HTTPRoute、TCPRoute 、 TLSRoute 、 GRPCRoute 等資源在特定 Gateway 上指定了實際的流量路由。Gateway API 的 GA 版本只在標準的 v1 通道中包含了 HTTPRoute資源，在未來的版本中將會有更多的協議支持。
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HTTPRoute資源指定與用于暴露服務的 Gateway 的連接，以及一系列規則來將流量路由到適當的后端。下面的示例將 HTTPRoute附加到 tutorial-gw Gateway，并指定規則將所有流量路由到 nginx Service：

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apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: tutorial-route
  namespace: default
spec:
  parentRefs:
  - group: gateway.networking.k8s.io
    kind: Gateway
    name: tutorial-gw
  rules:
  - backendRefs:
    - group: ""
      kind: Service
      name: nginx
      port: 80
      weight: 1
    matches:
    - path:
        type: PathPrefix
        value: /

$ kubectl apply -f HTTPRoute.yaml
httproute.gateway.networking.k8s.io/tutorial-route created
$ kubectl get httproute
NAME             HOSTNAMES   AGE
tutorial-route               6s

綜合以上

Gateway API 將許多傳統上包含在單個資源定義中的資源拆分開來。要跟蹤所有這些資源之間的連接可能有點困難，這里我將資源之間的關系圖展示如下：

Gateway API 資源之間的關系
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快速回顧

GatewayClass 定義了可以部署的 Gateway 類型。通常由基礎設施提供商提供。在本示例中，Istio 定義了GatewayClass 。
Gateway 是負載均衡基礎設施的實例化。這可以是在云環境中部署的實際負載均衡器，也可以是針對現有負載均衡器執行的一些配置。無論哪種方式，通過簡單地引用所需的GatewayClass ，就能從 cluster administrator 中抽象出來。
HTTPRoute（或任何其他支持的 Route 資源）定義了處理流量的實際規則。這些路由附加到特定的 Gateway，最終決定了流量的轉發。

有了所有這些配置，就可以對服務進行測試請求。本示例Gateway 配置為偵聽端口 8080 上 *.example.com 的 HTTP 請求，因此你的請求需要設置適當的 Host header 和端口：

$ curl -H "Host: www.example.com" 192.168.122.10:8080
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>

這樣，你就使用新的網關 API 成功配置了第一組資源咯！
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鏈接:
https://itnext.io/what-you-should-know-about-the-kubernetes-gateway-api-801d46b68ae2

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Kubernetes Gateway API 攻略：解锁集群流量服务新维度！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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